DE19737938A1 - Verfahren und Vorrichtung zur NOx-armen von Abfall in einer Rostfeuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei Abfallverbrennungen wurde in den letzten Jahren das Hauptaugenmerk vorrangig auf die nur durch den Verbrennungsprozeß selbst zu beeinflussenden Parameter wie z. B. Asche-/Schlackeausbrand, 850°C/2 sek-Regel oder auch CO-Emission gerichtet. Daneben spielte wesentlich auch die Verringerung des Dioxin-Ausstoßes zur Entlastung der nachgeschalteten Dioxin-Abscheidestufe eine Rolle. Wegen der in Deutschland bestehenden Anforderungen an die NO_x-Emission ist hier immer eine DeNO_x-Einrichtung erforderlich, deren apparativer Aufwand eher vom Reingas- als vom Rohgasgehalt an NO_x bestimmt wird. Daher tritt die NO_x-Emission der Feuerung selbst in der Regel in den Hintergrund, zumal eine feuerungsseitige NO_x-Minderung tendentiell der Verbesserung der anderen o. g. Parametern entgegenläuft.

Bei neueren, vornehmlich ausländischen Projekten dagegen gibt es z. T. Bestrebungen, die gesetzlich zulässigen höheren NO_x-Grenzwerte (z. B. 350 mg/Nm³ Tagesmittelwert in GB) ohne zusätzliche DeNO_x- Einrichtung einzuhalten.

Üblicherweise wird beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 die Gesamtverbrennungsluft bei einer Rostfeuerung aufgeteilt in eine primäre Verbrennungsluft PL, die durch die Rosttrichter der Trocknungszone, die z. B. durch die erste Rostzone I gebildet werden kann, und im wesentlichen durch die Zonen II, III, und IV, die die eigentliche Verbrennungszone bilden, sowie als geringfügige Restmenge als Ausglühluft 4 dem letzten Rostabschnitt, z. B. Rostzone V bei einem Fünfzonenrost, zugeführt wird, und in Sekundärluft SL, die mit einem höheren Mischungsimpuls am oberen Ende der eigentlichen Brennkammer 1 eingedüst wird. Bekannt ist, daß ein Teil der Nachverbrennungsluft als sogenannte Platten- oder Seitenluft NL im Bereich der Hauptverbrennungszone durch die Feuerraumseitenwände eintritt.

Die Rostzone V, vor der bei ordnungsgemäßem Betrieb die Verbrennung abgeschlossen ist, erhält nur eine geringen Restanteil der Primärluft als sogenannte Ausglühluft 4, die aber verbrennungstechnisch keine Rolle mehr spielt, sondern die Vorabkühlung der ausgebrannten Rostschlacke sichern soll.

Die Primärluf(PL-)-Verteilung auf die Rostzonen ist für das Beispiel eines fünfzonigen Verbrennungsrostes etwa wie in Fig. 1 skizziert.

Aufgrund der üblichen-automatischen Regelung der Feuerungsleistung durch den PL-Mengenstrom kann bei konstanter Gesamtluft das PL/SL-Verhältnis stark schwanken. Im Gleichgewicht von thermischer Ist- und Soll-Leistung kann sich der PL-Anteil bei rund 40% bis 50% der Gesamtverbrennungsluft einpendeln. Dieser Wert stellt dann den PL-Strom dar, den die Verbrennung (bei nahezu vollständigem und zügigem Ausbrand) selbst verlangt. Die restliche Verbrennungsluft wird als Sekundärluft mit hohem Mischungsimpuls in die flüchtigen, oberhalb der Abfallschicht 2 zündenden Pyrolysegase geblasen, wobei hinsichtlich NO_x ungünstige Bedingungen entstehen:
In einer lokal sehr begrenzten Zone entstehen durch die intensiven Reaktionen höhere Konzentrationen an Radikalen (z. B. HC), die die Oxidation von Brennstoff-Stickstoff befördern, und auf der anderen Seite ein Mangel an unverbrannten Komponenten (z. B. CO), die eine Reduktion von bereits entstandenem NO_x bewirken könnten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit dem durch primäre feuerungstechnische Maßnahmen die NO_x-Bildung weiter verringert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß stromab der primären Verbrennungszone bezogen auf die Brennstofffließrichtung weitere Luft derart impulsarm zugeführt wird, daß sich eine die primäre Verbrennungszone in ihrer gesamten Breite überdeckende Mantelluftschicht ausbreitet.

Damit kann die Verbrennung lokal und zeitlich so verzögert werden, daß durch einen Mangel an oxidationsfördernden Radikalen bei gleichzeitig lokal verringertem Sauerstoffpartialdruck weniger NO_x entsteht und andererseits genügend CO und andere NO_x-reduzierende Verbrennungszwischenprodukte zur Verfügung stehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht auf diesem Wege eine weitergehende Stufung der Verbrennungsluft durch die Einführung der genannten Mantelluft, die neben die bekannten, in Fig. 1 dargestellten Luftströme - Primärluft-Sekundärluft-Seitenluft-Ausglühluft tritt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Reduzierung der NO_x-Tagesmittelwerte um 100 bis 150 mg/Nm³ erreicht werden, z. B. eine Reduzierung von etwa 400 mg/Nm³ auf etwa 250 bis 300 mg/Nm³ (Werte bezogen auf 11% O₂).

Die Mantelluft wird impulsarm, ohne intensive Einmischung in Form einer die engere primäre Verbrennungszone einhüllenden Luftumgebung in den Teil des Feuerraumes eingebracht, der sich in Richtung des Brennstoffflusses gesehen an die eigentliche Verbrennungszone anschließt. Diese Mantelluft wird von der primären Verbrennung nach und nach aufgenommen durch sowohl Diffusion wie auch turbulente Einmischung in der Grenzzone zwischen der Primärreaktionszone und dem sie einhüllenden Stufenluftmantel.

Maßgeblich für die Funktion des Verfahrens ist, wie oben beschrieben, eine großflächige, über die Feuerraumbreite ausgedehnte, impulsarme Einführung der Stufenluft, so daß sich der gewünschte Mantelluftteppich bilden und über das primären Verbrennungsgebiet ausbreiten kann.

Den ergänzenden Luftmantel an der in Brennstofffließrichtung gesehen Vorderseite des primären Verbrennungsgebietes erzeugt die durch die Brennstoffschicht emporquellende Trocknungsluft.

Die Mantelluft kann Umgebungstemperatur besitzen oder ähnlich der Primärluft vorgewärmt sein. Sie kann als Teilstrom dem Sekundär- oder Primärluftsystem entnommen werden oder auch durch ein eigenes Fördersystem zugeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 dargestellt.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8.

Verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen nun anhand der beigefügten weiteren Figuren näher erläutert werden, wobei Bezugszeichen soweit als erforderlich aus der Fig. 1 und aus der vorstehenden Beschreibung der Fig. 1 entnommen werden.

Es zeigt Fig. 2 ein Verbrennungsrost mit einer Mantelluftzufuhr (ML) nach der Ausglühzone V durch den abfließenden Reststoffstrom 5 hindurch, wobei gleichzeitig die verschiedenen zuvor erläuterten Luftzuführungen dargestellt sind. Die Mantelluft ML wird hierbei durch einen sich an die Ausglühzone V in Brennstofffließrichtung anschließende, als Schlackerutsche 6 zum Reststoffschacht 7 ausgebildeten feststehenden oder beweglichen Nachlaufrost oder alternativ lochblechartig ausgebildete, luftdurchlässige Schurre, die die Breite des Brennstoffbettes einnimmt, zugeführt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Mantelluft ML durch einen oder alternativ mehrere im Reststoffschacht 7 angeordnete und gegen Verschmutzung durch einfallende Feststoffe mittels eines ringförmigen Feststoffabweisers 9 abgeschirmte Einströmschlitze 10, oder alternativ durch ebenso im Schlackeschacht angeordnete und ebenso gegen Verschmutzung abgeschirmte Reihen von z. B. als Bohrungen oder alternativ als eine Vielzahl von Schlitzen ausgebildete Öffnungen zugeführt wird. Anstelle mehrerer Öffnungen kann auch ein einziger Einströmschlitz 10 vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Mantelluft ML durch luftdurchlässige Feuerraumdeckenwände 8a und Feuerraumseitenwände 8b in dem Teil des Feuerraumes 1, der sich an die Hauptverbrennungszone 3 in Brennstofffließrichtung anschließt, zugeführt wird. Die Luftdurchlässigkeit wird hierbei hergestellt durch hinterlüftete feuerfeste Vorhangsteine, oder alternativ durch gebohrte oder alternativ geschlitzte, lochblechartige Feuerfestplatten, oder alternativ durch lochblechartige oder durch eine Vielzahl von Schlitzen perforierte Feuerraumwand.

Die Ausführungsformen nach Fig. 2-4 können auch in Kombination eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen, insbesondere Abfällen, auf einem Verbrennungsrost, bei dem zur Erzielung einer NO_x-armen luftgestuften Verbrennung Primärluft (PL) über den Rost, Sekundärluft (SL) am Ende der primären Ver­ brennungszone und weitere Luft (NL) dem Feuerraum (1) zugeführt wird und feste Verbrennungsprodukte durch eine Ausglühzone (V) geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der primären Verbrennungszone (3) bezogen auf die Brennstofffließrichtung weitere Luft (ML) derart impulsarm zugeführt wird, daß sich eine die primäre Verbrennungszone in ihrer gesamten Breite über­ deckende Mantelluftschicht (ML) ausbreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelluft (ML) stromab der Ausglüh­ zone (V) durch den abfließenden Reststoffstrom (5) zugeführt wird (Fig. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelluft (ML) im Bereich eines sich an die Ausglühzone (V) anschließenden Reststoffschachtes (7) zugeführt wird (Fig. 3).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelluft (ML) über eine Vielzahl von Öffnungen in den sich stromab der primären Verbrennungszone (3) erstreckenden Wänden (8) des Feuerraums zugeführt wird (Fig. 4).

5. Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen gemäß dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der primären Verbrennungszone (3) eine Einrichtung zur impulsarmen und die Breite des Brennstoffbettes (2) abdeckende Zufuhr von Mantelluft (ML) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem am Ende des Rostes ausgebildeten Ausglührost (V) eine luftdurchlässige Mantelluftzuführeinrichtung (6) vorgesehen ist, über die die Reststoffe (5) abfließen können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Rost nachgeschalteten Reststoffschacht (7) mindestens eine Mantellufteintriftsöffnung (10) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der primären Verbrennungszone (3) in den Seitenwänden und in der Decke des Feuerraums eine Vielzahl von Mantelluftöff­ nungen (8) vorgesehen ist.