DE2615369A1

DE2615369A1 - Verfahren zur rauchgaskonditionierung in abfallverbrennungsanlagen mit waermeverwertung, insbesondere fuer kommunalen und industriellen muell, und vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2615369A1
Application number: DE19762615369
Authority: DE
Inventors: Robert Dr Haefeli
Original assignee: Von Roll AG
Current assignee: Von Roll AG
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1976-04-08
Publication date: 1977-01-13
Also published as: IT1059160B; CH583881A5; NL7604318A; CA1042270A; FR2316542B1; DE2615369C3; JPS528684A; ATA263176A; FR2316542A1; DE2615369B2; US4056068A

Description

BE 17 467

Von Roll AG., Gerlafingen

Verfahren zur Rauchgaskonditionierung in Abfallverbrennungsanlagen mit Wärmeverwertung, insbesondere für kommunalen und industriellen Müll, und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rauchgaskonditionierung in Abfallverbrennungsanlagen mit Wärmeverwertung, insbesondere für kommunalen und industriellen Müll, mit einem dem Verbrennungsofen nachgeschalteten Rauchgaskühler und diesem nachfolgenden Gasentstauber, wobei zur Konditionierung der Rauchgase Sekundärluft oberhalb des Verbrennungsrostes in den Feuerraum eingeführt wird und die Rauchgase vor Eintritt in den Gasentstauber durch Einführen von Wasser befeuchtet werden.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

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Bei den bereits bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen
dieser Art dient die oberhalb des Verbrennungsrostes in
den Feuerraum des Ofens eingeführte Sekundärluft der
Durchwirbelung der Verbrennungsgase und zugleich der Nachverbrennung der darin noch enthaltenen brennbaren flüchtigen Bestandteile noch innerhalb des Feuerraumes, andererseits
aber auch zur Vorkühlung der heissen Rauchgase, damit im
Feuerraum die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der
Flugasche bleibt. Ein Abhitzekessel, der vorzugsweise als
Dampf- oder Heisswasserkessel ausgebildet ist, dient hierbei als nachgeschalteter Rauchgaskühler und damit zugleich der Verwertung der in den Rauchgasen enthaltenen fühlbaren Wärme, d.h. zur Wärmerückgewinnung vor Ableitung der Rauchgase über den Gasentstauber in die freie Atmosphäre.

Nun hat sich in den letzten Jahren die Müllzusammensetzung infolge des ständig wachsenden Anteils an Papier und Kunststoffabfällen wesentlich verändert. Zudem werden vielerorts dem Hausmüll Industrieabfälle beigemischt und überdies neuerdings wieder viele inerte Anteile, wie z.B. Glas,
Metalle usw. _t aus dem Müll aussortiert, so dass sein Heizwert noch mehr zunahm und dabei Werte von 3500 kcal/kg und mehr erreichte. Um nun aber die durch den Schmelzpunkt der Flugasche bedingten höchstzulässigen Feuerraumtemperaturen nicht zu übersteigen, müssen übermässig grosse Luftmengen

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in den Feuerraum eingeführt werden, sei es auf einem einzigen Luftwege oder aber unter Aufteilung desselben in Primär-, Sekundärluft und unter Umständen sogar Tertiärluft.

Dieser Mehrbedarf an Verbrennungs- und Kühlluft führt andererseits aber auch zu einer Vergrösserung des effektiven Rauchgasvolumens, was wiederum grössere Wärmeverwerter und Rauchgasreiniger erforderlich macht und dadurch nicht nur eine unerwünschte Vergrösserung der baulichen Abmessungen dieser Einheiten inkl. der notwendigen Zusatzgeräte (Saugzugventilator usw.) zur Folge hat, sondern auch deren Anlage- und Betriebskosten erhöht, was sich insbesondere bei dem zumeist als Elektrofilter ausgebildeten Gasentstauber als schwerwiegender Nachteil erweist.

Zudem führt der durch den erhöhten Müllheizwert bedingte grössere Verbrennungsluftbedarf zu einem Absinken des Feuchtigkeitsgehaltes der Rauchgase z.B. von 10 bis 15 % (Vol.-%) bis herunter auf 5 % und weniger, was wiederum eine erhebliche Verschlechterung der Staubabscheidung im Elektrofilter zur Folge hat, so dass selbst bei einer mit wesentlichen Kosten verbundenen Vergrösserung desselben der gewünschte Entstaubungsgrad oftmals nicht zu erreichen ist. Die Erkenntnis, dass eine Gasentstaubung mittels Elektrofilter nur bei feuchten Rauchgasen mit mindestens

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10 Vol.-% Wassergehalt technisch vonstatten geht, führt dahin, dass die Rauchgase z.B. nach der Wärmeabgabe, d.h. hinter dem Abhitzekessel, durch Einblasen von Wasser oder Dampf befeuchtet und dadurch konditioniert werden müssen, was den Einbau spezieller Apparate, z.B. Befeuchtungstürme usw. erfordert. Auch wird bekanntlich der Müll bereits vor Eintritt in den Verbrennungsofen befeuchtet, wobei aber dieses Vorfeuchten hinsichtlich der Einhaltung des erforderlichen Feuchtigkeitswertes nur schlecht zu beherrschen ist. Abgesehen davon, ändert diese Massnahme nichts daran, dass ein übergrosses Luftvolumen in den Feuerraum e'ingeführt werden muss, damit die höchstzulässige Feuerräumtemperatur von z.B. 900 bis 1000 C nicht überschritten wird.

Zweck der Erfindung ist, diese Nachteile zu beheben.

Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass zusammen mit der und durch die Sekundärluft eine regelbare Menge Wasser in die JReduktions-Oxidations-Zone des Feuerraumes eingeblasen wird, dass dadurch ein für die Nachverbrennung von Unverbranntem ausreichender Sauerstoffüberschuss in den Feuerraum eingebracht, die CO-Oxidation des Unverbrannten durch eine homogene Wasser— gasreaktion katalytisch beschleunigt und zugleich die Laminarströmung der Brenngase zur Vermischung der Gase im Feuer-

raum in eine turbulente Strömung umgewandelt wird, und dass ferner in den Rauchgasen bei deren Austritt aus dem Feuerraum eine vorbestimmte maximale Gastemperatur sowie ein Wassergehalt von mindestens 10 Vol.-% eingehalten wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, die erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch mindestens je eine in mindestens einer der beiden Ofenseitenwände sowie in einer die Ausbrandzone des Verbrennungsrostes überlagernden Wärmerückstrahlwand des Verbrennungsofens angeordnete Mischdüse für die Sekundärluft und das Wasser.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung, durch das auch das Verfahren nach der Erfindung veranschaulicht ist, schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Müllverbrennungsanlage mit zur Wärmeverwertung nachgeschaltetem Abhitzekessel und nachfolgendem Elektrofilter, in einem Längsschnitt der Anlage,

Fig. 2 den Wassergehalt der Sekundärluft in Abhängigkeit der Entfernung der Eindüsungsstelle vom Mülleintritt, in einem Schaubild, und

Fig. 3 eine als Zweistoffdüse ausgebildete Mischdüse für Luft und Wasser, schematisch in einem Längsschnitt.

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In Fig. 1 ist eine Müllverbrennungsanlage dargestellt, die im wesentlichen aus einem Verbrennungsofen 1, einem diesem nachgeschalteten, zugleich als Rauchgaskühler dienenden Abhitzekessel 2, einem diesem nachfolgenden Elektrofilter 3 zur Rauchgasentstaubung sowie einem Rauchgaskamin 4 besteht. Der kommunale Müll, dem Industrieabfälle beigemischt sein können, oder aber industrieller Müll für · sich allein, wird durch einen Einfüllschacht 5 in den Verbrennungsofen 1 eingeführt. Ein Vortrocknungsrost 6 dient, abgesehen von der Vortrocknung, auch schon der Erhitzung und Zündung des Mülls. An den Vorrost 6 schliesst sich der eigentliche Verbrennungsrost 7 an. Nach Passieren einer Ausbrandzone 8 fallen die Verbrennungsrückstände des Mülls in einen Schlackenschacht 9 und werden von dort als ausgebrannte Schlacken abgeführt. Als kalte oder vorgewärmte Verbrennungsluft dienende Primärluft wird dem Ofen 1 über eine Leitung 10 zugeführt, wobei ein Luftanteil unter den Vortrocknungsrost 6 geführt und durch die darauf liegende Müllschicht 11 hindurchgeblasen wird und zur Trocknung des Mülls, wie auch zu dessen Zündung dient. Der restliche Primärluftanteil wird durch den Verbrennungsrost 7 und die darauf befindliche getrocknete, angezündete und teilweise bereits verkokte Müllschicht 12 hindurch in den mit 13 bezeichneten Feuerraum des Verbrennungsofens 1 eingeblasen.

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Eine Serie von als Zweistoff-Düsen ausgebildeten Mischdüsen 14 für Sekundärluft und Wasser sind hier in einer horizontal verlaufenden Reihe in mindestens einer der beiden Seitenwände 15 des Ofens 1 oberhalb der Müllschicht 11/12 in der Reduktions-Oxidations-Zone angeordnet. Eine oder mehrere zusätzliche Mischdüsen 14a sind hier in einer Wärmeruckstrahlwand 16 des Ofens 1 eingebaut,, welche die Ausbrandzone 8 des Verbrennungsrostes 7 überlagert. Ein Ausführungsbeispiel der Mischdüse 14 bzw- 14a ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Um die Mischgastemperatur im Feuerraum 13 nicht über die höchstzulässige Temperatur von z.B. 900 bis IOOO⁰C ansteigen zu lassen und andererseits eine optimal oxidierte Rauchgasmischung zu erreichen, und um das Rauchgasvolumen nicht unnötig zu vergrössern, wird mittels der Sekundärluft durch die an besonders ausgewählten Stellen angeordneten Mischdüsen 14 und 14a eine entsprechend genau dosierte Wassermenge in feinstverteilter Form derart in den Feuerraum 13 eingesprüht, dass einerseits in gleichmässiger Verteilung ein für die Nachverbrennung ausreichender Ueberschuss an Sauerstoff .vorhanden ist, dass ferner die CO-Oxidation katalytisch - gemäss der homogenen Wassergasreaktion beschleunigt wird, dass zudem die Laminarströmung der Brenngase effektiv gestört wird, dass überdies an der Stelle 17 des Austritts der Rauchgase aus dem Feuerraum 13 eine mittlere Gastemperatur von 900 bis 1000 C eingehalten werden kann und dass schliesslich die Rauchgase bei Austritt aus dem Ofen so weit konditioniert sind,

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dass ihr Anteil an Wasserdampf mindestens 10 Vol.-% beträgt. Die Verweilzeit der Rauchgase im Feuerraum 13 wird so gewählt, dass die zuvor dargelegten Bedingungen voll erfüllt werden, wobei auch die grössten, in den Feuerraum 13 eingesprühten Wassertröpfchen noch verdampft werden, was im allgemeinen in ca. zwei Sekunden erreicht wird. Dabei wird die Eindüsung des Wassers mit der Sekundärluft so gewählt, dass im Feuerraum 13 weder örtliche Unterkühlungen noch Ueberhitzungen auftreten können, was durch eine - je nach Einbauort der Mischdüse - abgestufte Wasserzuteilung wirksam verhindert wird. Dank dieser Vorkehrungen lassen sich optimal oxidierte Rauchgase erreichen, die einen Volumenanteil an Wasser von mindestens 10 % aufweisen, wie andererseits auch eine sichere Einhaltung der höchstzulässigen Rauchgastemperatur von 900 bis 1000°C, d.h. also Bedingungen, die sowohl für die Wärmerückgewinnung als auch die Gasentstaubung im Elektrofilter 3 für Müllverbrennungsanlagen als optimal bezeichnet werden können.

Das Einsprühen von Wasser mittels der Sekundärluft, dosiert zwischen 0,1 und 0,3 kg Wasser pro Normalkubikmeter Luft in je nach Ort der Düsenanordnung variabel angepasster Menge, bewirkt infolge dieser Luftzufuhr zwar immer noch eine gewisse Erhöhung des Abgasvolumens, doch in jedem Fall eine erhebliche Verringerung desselben gegenüber der bisher alleinigen Eindüsung ausschliesslich von Sekundärluft. Die so erzielte Herabsetzung der effektiven Gesamtrauchgasmenge

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beim Gasaustritt 17 führt sowohl beim Abhitzekessel 2 als auch beim Elektrofilter 3 zu entsprechend kleineren Anlageteilen und damit wiederum zu geringeren Betriebskosten.

Im Diagramm der Fig. 2 ist über der auf der x-Achse als Abszisse eingetragenen Entfernung der jeweiligen Eindüsungsstelle vom Mülleintritt her der zugehörige Wassergehalt der Sekundärluft in kg/Nm auf der y-Achse als Ordinate aufgetragen. Die Eindüsungsstellen Dl bis D4 sind den gemäss Beispiel nach Fig. 1 auf gleicher Höhe angeordneten Mischdüsen 14 der Ofenseitenwand bzw. -Wände 15, hingegen der Eindüsungsort D5 der bzw. den Mischdüsen 14a in der Wärmerückstrahlwand 16 zugeordnet (vgl. Fig. 1). Die zugehörigen Wassergehalte (an den Stellen Dl bis D5) liegen hier z.B. im Bereich von 0,1 bis 0,3 kg/Nm , wobei die von der ersten Mischdüse 14 an der Stelle Dl eingesprühte Wassermenge ca. 0,1 kg/Nm , die von der vierten Mischdüse 14 an der Stelle D4 abgegebene Wassermenge ca. 0,25 kg/Nm und die über die Wärmerückstrahlwand-Düse(n) 14a an der Stelle D5 eingedüste Wassermenge ca. 0,3 kg/Nm beträgt, d.h. also im Schaubild nach Fig. 2 die spezifische Wassermenge bei wachsender Entfernung des Einsprühortes vom Mülleintritt aus etwa linear zunimmt. Doch braucht die Wassermenge in kg pro Nm Sekundärluft bei den einzelnen Mischdüsen 14 und 14a keineswegs so zu sein, wie dies in Fig. 2 nur beispielsweise dargestellt ist, sondern sie kann auch überall gleich sein, jedoch soll sie immer derart gewählt werden, dass die zuvor genannten optimalen Gas-

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eigenschaften bei Austritt der Rauchgase aus dem Feuerraum 13 gewährleistet sind.

In Fig. 3 ist eine hier allgemein mit Dm bezeichnete Mischdüse für Sekundärluft und Wasser schematisch in einem Längsschnitt dargestellt. Ein Düsenrohr 18 für das Wasser ist innerhalb eines Düsenrohres 19 für die Sekundärluft koaxial zu dessen Langsmittelach.se angeordnet. Das Sekundärluft-Düsenrohr 19 durchsetzt eine hier allgemein mit Wo bezeichnete Ofenwand, bei der es sich um eine der beiden Ofenseitenwände oder aber um die als Ofenrückwand dienende Rückstrahlwand handeln kann (vgl. Wand 15 bzw. 16 in Fig. 1), wie auch ein an der Ofenwand Wo aussen vorgesehenes Ofenblech 20, und ist an einen sich senkrecht zu ihm erstreckenden Luftverteiler 21 angeschlossen. Das Wasser-Düsenrohr 18 durchsetzt den Luftverteiler 21 und ist an eine Wasserleitung 22 angeschlossen, die mit einem Regelventil 23 versehen ist, während die Sekundärluft dem Luftverteiler 21 über eine ihrerseits mit einem Regelorgan 25 ausgerüstete Luftleitung 24 zugeführt wird. In Längsrichtung des Luftverteilers 21 können an diesen, entsprechend den Seitenwanddusen 14 in Fig. 1, mehrere Mischdüsen Dm in einer Reihe angeordnet und mit dem Luftverteiler zu einem Düsenregister zusammengefasst sein.

Die verschiedenen Mischdüsen (vgl. Düsen 14 und 14a in Fig. 1) können luftseitig vor den zugehörigen Regelorganen

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(25 in Fig. 3) an eine gemeinsame Lufthauptleitung angeschlossen sein. Die Regelventile für Wasser und Luft (vgl. Ventile 23 bzw. 25 in Fig. 3) erlauben eine voneinander unabhängige Mengenregulierung. Darüberhinausgehend könnte bei jeder einzelnen Mischdüse für sich die Wasser- und Luftmenge unabhängig voneinander und auch unabhängig von den entsprechenden Mengen bei den anderen Mischdüsen einstellbar sein. Andererseits ist es möglich, das jeweils benötigte Luft- und Wasservolumen gemeinsam von einer zentralen Einstellvorrichtung aus den jeweiligen Betriebsverhältnissen im Verbrennungsofen 1 (vgl. Fig. 1) durch spezifisches Einstellen anzupassen. Auch lässt sich die Sekundärluft- und Wasserzufuhr mittels eines programmierten geschlossenen Regelkreises in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten für den Rauchgasaustritt aus dem Feuerraum (vgl. 17 in Fig. 1), wie z.B. die mittlere Rauchgastemperatur (z.B. 900 bis 1000 C) sowie Sauerstoff- und Wassergehalt (letzterer z.B. 10 Vol.-% oder mehr), einstellen. Bei der Verbrennung heizwertarmen Mülls bzw. Industrieabfalles wird das Wasser in Dampfform eingeblasen, um die Abkühlung der Rauchgase niedrig zu halten, damit diese im nachgeschalteten Wärmeverwerter noch eine genügend hohe Temperatur aufweisen.

Der Vorteil des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Rauchgaskonditionierung in Verbrennungsanlagen für kommunalen oder/und industriellen Müll mit Wärmeverwertung besteht

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darin, dass dank, des regelbaren Zusammenspiels der Sekundärluft- und Wassereindüsung und der selektiven Eingabe am geeigneten Ort unter Gewährleistung hervorragender Verbrennungsbedingungen eine optimale Gaskonditionierung erreicht wird, so dass, abgesehen von der Erfüllung der heute recht strengen gesetzlichen Vorschriften für die Ableitung von Rauchgasen in die freie Atmopshäre, der als Wärmeverwerter dienende Abhitzekessel, wie auch der nachgeschaltete Elektrofilter nicht nur kleinere Bauabmessungen erhalten kann, sondern auch die Investitions- und Betriebskosten dieser beiden Anlageeinheiten sich jetzt niedriger stellen.

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Claims

Patentansprüche

ij Verfahren zur Rauchgaskonditionierung in Abfallverbrennungsanlagen mit Wärmeverwertung, insbesondere für kommunalen und industriellen Müll, mit einem dem Verbrennungsofen der Anlage nachgeschalteten, als Wärmeverwerter dienenden Rauchgaskühler und diesem nachfolgenden Gasentstauber, wobei zur Konditionierung der Rauchgase Sekundärluft oberhalb des Verbrennungsrostes in den Feuerraum des Verbrennungsofens eingeführt wird und die Rauchgase vor Eintritt in den Gasentstauber durch Einführen von Wasser befeuchtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit der und durch die Sekundärluft eine regelbare Menge Wasser in die Reduktions-Oxidations-Zone des Feuerraumes eingeblasen wird, dass dadurch ein für die Nachverbrennung von Unverbranntem ausreichender Sauerstoffüberschuss in den Feuerraum eingebracht, die C0-Oxidation des Unverbrannten durch eine homogene Wassergasreaktion katalytisch beschleunigt und zugleich die Laminarströmung der Brenngase zur Vermischung der Gase im Feuerraum in eine turbulente Strömung umgewandelt wird, und dass ferner in den Rauchgasen bei deren Austritt aus dem Feuerraum eine vorbestimmte maximale Gastemperatur sowie ein Wassergehalt von mindestens 10 VoI.-% eingehalten wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Gasaustrittstemperatur im Temperaturbereich von 900 bis 1000°C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluft und das Wasser über mindestens eine der beiden Ofenseitenwände sowie eine Wärmerückstrahlwand des Ofens an jeweils mehreren, auf jeweils gleicher Höhe liegenden Einblasestellen in den Feuerraum eingeblasen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser in Dampfform eingeblasen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche

3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Einblasestelle die in den Feuerraum einzuführende Sekundär- und Wasser- bzw. Wasserdampfmenge unabhängig voneinander einstellbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Feuerraum einzuführende Sekundärluft- und Wasser- bzw. Wasserdampfmenge mittels eines programmierbaren geschlossenen Regelkreises in Abhängigkeit von vorge-

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gebenen Sollwerten für den Austritt der Rauchgase aus dem Feuerraum reguliert wird.
7- Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens je eine in mindestens einer der beiden Ofenseitenwände (15) sowie in einer die Ausbrandzone (8) des Verbrennungsrostes (7) überlagernden Wärmerückstrahlwand (16) des Verbrennungsofens (1) angeordnete Mischdüse (14 bzw. 14a) für die Sekundärluft und das Wasser.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (Dm) aus einem Düsenrohr (19) für die Sekundärluft und einem in diesem koaxial angeordneten Düsenrohr (18) für das Wasser(bzw. den Wasserdampf) besteht.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mischdüsen (Dm) zu einem Düsenregister zusammengefasst und die Düsenrohre (19) für die Sekundärluft an einen gemeinsamen Luftverteiler (21) angeschlossen sind.

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10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenrohre (18) für das Wasser bzw. den Wasserdampf den Luftverteiler (21) luftdicht durchsetzen.

5.2.1976 Jr/ae/li

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