DE3507465A1 - Verfahren zum verbrennen von abfallstoffen - Google Patents

Verfahren zum verbrennen von abfallstoffen

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DE3507465A1 DE19853507465 DE3507465A DE3507465A1 DE 3507465 A1 DE3507465 A1 DE 3507465A1 DE 19853507465 DE19853507465 DE 19853507465 DE 3507465 A DE3507465 A DE 3507465A DE 3507465 A1 DE3507465 A1 DE 3507465A1
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DE19853507465
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Wolfgang Dr. 5204 Lohmar Grigel
Alexander 6500 Mainz Grisar
Rolf Hartmann
Albrecht Dr. 5000 Köln Wolter
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Dyckerhoff Engineering GmbH
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Description

  • Verfahren zum Verbrennen von Abfallstoffen
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Abfallstoffen, insbesondere von Müll, wobei die Abfallstoffe in einem ersten Verfahrensschritt in einer Trocknungsstufe getrocknet werden, wobei Trocknerabgas anfällt, und in einem zweiten Verfahrensschritt in einer Brennstufe verbrannt werden, wobei Ofenabgas anfällt.
  • Die wirtschaftliche Beseitigung von Abfallstoffen, wie insbesondere Müll, stellt ein schwieriges Problem dar. Dies gilt insbesondere, wenn solche Abfallstoffe in üblichen Müllverbrennungsanlagen beseitigt werden. Diese sind vorwiegend mit Rostfeuerungen ausgestattet, welche mit großem Luftüberschuß betrieben werden müssen, um eine annähernd vollständige Verbrennung zu gewährleisten.
  • Beispielsweise sind bei solchen Rostfeuerungen Luftüberschußzahlen von 1,8 bis 2,2 üblich. Hierdurch ergeben sich erheoliche Nachteile, unter anderem dadurch, daß derart betriebene Feuerungen große Mengen an Rauchgas mit relativ geringer Temperatur beispielsweise 800 OC freisetzen. Der Wirkungsgrad einer in den abgasseitigen Rauchgasstrom eingeschalteten Einrichtung zur Gewinnung von Nutzenergie, beispielsweise zur Dampf- oder Stromerzeugung, ist infolgedessen relativ gering. Ferner bedingen große Mengen an Rauchgas große und somit kostenintensive Abgasreinigungsanlagen.
  • Als Folge von stofflicher Inhomogenität sowie unterschiedlichem Heizwert der Abfälle und der Schwierigkeit, diese im Rostofen zu durchwirbeln, um sie ausreichend mit Brennluft in Kontakt zu bringen, ergeben sich Zonen in der Feuerung, in denen beispielsweise eine Brenntemperatur von weniger als 800 OC erreicht wird und/oder Sauerstoffmangel herrscht. Diese Situation ist besonders wänrend solcher Perioden kritisch, bei welchen relativ feuchter und/oder heizwertarmer Abfall zum Einsatz kommt. Dabei entstehen unkontrollierbare Bereiche unvollständiger Verbrennung in der Feuerung, in welchen sich bevorzugt in Anwesenheit von Chlor und/oder aromatischen Grundkörpern (zum Beispiel aus chlorhaltigen Kunststoffen, Ligninsulfonsäuren, Pentachlorphenol, polychlorierten Biphenylen, etc.) die im Abfall vorliegen, polychlorierte Dibenzodioxine und/oder Dibenzofurane, insbesondere TCDD und TCDF bilden. Insbesondere die Dioxine sind auch bei Temperaturen von 1000 OC noch sehr stabil, so daß sie in einer Rostverbrennungsanlage nicht zerfallen. So wurden bereits Dioxingehalte in der Flugasche und im Reingasstaub verschiedener Müliverbrennungsanlagen nachgewiesen (Die Zeit", 02.03.1984 Dioxin, der Rächer aus der Retorte").
  • Die extreme Giftigkeit der Dioxine ist bekannt (Bild der Wissenschaft", Nov. 1984, S. 64 - 76). Die konventionelle Müllverbrennung ist somit allgemein in Frage gestellt (Chemical Engineering, June 6, 1983, S. 20 bis 64).
  • Theoretisch könnte man Dioxine, die bei der Verbrennung entstehen, wieder zum Zerfall bringen, indem der konventionellen Müllverbrennung eine Nachverbrennungsstufe mit einer Feuerungstemperatur von mindestens 1200 OC nachgeschaltet wird. Das würde jedoch erhöhte Investitionen sowie den Einsatz konventioneller Brennstoffe erfordern und wäre folglich mit einem unwirtschaftlich honen Aufwana an Kosten verbunden.
  • Die Verbrennung bei relativ geringen Temperaturen hat weiterhin den Nachteil, daß nur ein geringer Teil der Schwermetalle beziehungsweise der Schwermetallverbindungen des Abfalls verflüchtigt wird. Der Rest wird mit der Schlacke ausgetragen, was die Verwertung dieser Schlacken für Straßenbau und ähnliche Anwendungsgebiete in Frage stellt.
  • Konventionelle Müllverbrennungsanlagen sind infolgedessen nach heutiger Erkenntnis einerseits unwirtschaftlich und andererseits infolge Emission hochgiftiger organischer Verbindungen sowie wegen der dabei anfallenden nichtlaugungsresistenten Aschen, die grundwasserlösliche Giftstoffe enthalten, wegen der dadurch gegebenen untragbaren Umweltbelastung betrieDlich nicht mehr zu verantworten.
  • Um die aufgezeigten Schwierigkeiten zu überwinden, wurde bereits vorgeschlagen, Haushaltsmüll beispielsweise bei der Herstellung von Portland-Zementklinker in die Verbrennungszone des Klinkerofens, wo hohe Temperaturen herrschen, einzuführen und darin zu verbrennen, und die aus dem Müll entstehende Asche schmelzflüssig dem Zementklinker beizumengen (DE-AS 23 38 318).
  • Ersichtlicherweise bedarf ein in dieser Weise zu einem Zementbrennprozeß als Zusatzbrennstoff beigesteuerter Abfall bzw. Müll einer sorgfältigen und infolgeaessen relativ kostenträchtigen Aufbereitung. Desweiteren hat eine Koppelung von Müllverbrennung und Produktion von Zementklinker Grenzen und Schwierigkeiten.
  • Es muß sichergestellt sein, daß oer Müll die Qualität des Brennproduktes Portlandzement nicht beeinträchtigt, und es kann immer nur ein relativ geringer Mengenanteil von Müll im Verhältnis zur Klinkerproduktion zugesetzt und verfeuert werden. Eine flexible Anpassung der Beseitigung von Müll an den Anfall von Müll ist somit nicht möglich, zumal vielerorts Zementbrennanlayen nicht zur Verfüguny stehen.
  • Darüberhinaus können SchwanKungen in aer Müllzusammensetzung, insbesondere bezüglich seines Heizwertes, infolge darin enthaltener Anteile von Wasser einerseits und brennbarer Stoffe andererseits, zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Regelbarkeit des Brennprozesses führen.
  • Einer Abfallbeseitigung durch Verbrennen bei der Zementherstellung sind daher enge Grenzen gesetzt.
  • Weiter ist ein Verfahren zur kombinierten Verbrennung von Müll und Schlämmen bekannt, bei welchem die bei der Müllverbrennung entstehenden heißen Abgase einer Schlammtrocknungsvorrichtung, vorzugsweise einer Schlammtrocknungstrommel, zugeleitet und in dieser im Gleichstrom mit den Schlämmen durch die Trocknungstrommel geführt werden, wobei die Schlämme bis auf einen eine Verbrennung gestattenden Wassergehalt voryetrocknet und anschließend der Verbrennung zugeführt werden. Diese erfolgt unter Nutzung des eigenen Heizwertes in einem Etagenofen. Nach einem in der Vorveröffentlichung ausgeführten Anwendungsbeispiel wird im Etagenofen eine maximale Gastemperatur von 800 OC erreicht (DE-OS 17 51 233).
  • Ein ähnliches Verfahren zum kombinierten Trocknen und Verbrennen von Abfallstoffen ist auch der US-PS 2,177,487 zu entnehmen.
  • Von Nachteil sind hierbei einerseits die durch Verwendung von Etagenöfen im Verhältnis zur durchgesetzten Menge an Abfallstoffen entstehenden hohen Investitions- und Betriebskosten, und andererseits die für eine thermische Zersetzung von toxischen organischen Verbindungen unzureichenden Verbrennungs- und Abgastemperaturen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches gegenüber dem aufgezeigten Stand der Technik folgende verbesserte Eigenschaften aufweist: a) Es soll in wärmetechnischer Hinsicht wesentlich günstiger sein, b) die Emission von geruchsbelästigenden Verbindungen soll vermieden werden, c) die Abfallverbrennung soll bei hohen Temperaturen stattfinden, um die Emission von toxischen organischen Verbindungen, insbesondere von Dioxinen, zu vermeiden, d) Schlacke soll schmelzflüssig aus der Brennstufe ausgetragen werden, und damit in laugungsresistenter Form anfallen, die auch eine Weiterverwendung zum Beispiel als Baustoff oder als Zementklinker-Zusatz nicht ausschließt, e) Abgas der Brennstufe soll in möglichst geringer Menge und bei möglichst hohen Temperaturen anfallen, um einerseits eine wirtschaftlich Gewinnung von Nutzenergie aus Abfallwärme zu ermöglichen, und andererseits die Kosten für aie Abgas-Enareinigung so niedrig wie möglich zu halten, f) eine flexible Anpassung des Verfahrens an unterschiedlichen Heizwert infolge unterschiedlicher Beschaffenheit und insbesondere unterschieolichen Wasser- und Brennstoffgehaltes aer Abfallstoffe soll problemlos möglich sein, g) das Verfahren soll unkompliziert uno leicnt regelbar sein.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit aer Erfindung dadurch, daß jeweils ein Teil OfenaDgas aer brennstufe und ein Teil Trocknerabgas der Trocknungsstufe abgezweigt und zu einem ersten Mischgas vermengt werden, und daß das erste Mischgas zur Trocknungsstufe zurückgeführt und zum Trocknen der Abfallstoffe verwendet wird, una daß der restliche Teil Ofenabgas mit dem restlichen Teil Trocknerabgas zu einem zweiten Mischgas vermengt wird, und daß dessen Wärmeinhalt zur Gewinnung von Nutzenergie verwendet wird.
  • Mit dem Verfahren nach der Erfindung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen: a) durch Trocknung der Abfallstoffe wird aeren Heizwert erhöht, infolgedessen erhöht sich auch die Brenntemperatur, b) der getrocknete Abfall ist leichter zündfähig und somit besser ausbrennbar, infolgedessen kann die Verbrennung mit nur geringem Luftüberschuß bei hohen Brenntemperaturen betrieben werden, c) Abgas der Brennstufe wird einerseits um die Wasserdampfmenge reduziert una fällt anoererseits bei Betrieb der Brennstufe im stöchiometrischen Bestpunkt mengenmäßig an der theoretisch untersten Grenze an, d) die mit wenigstens 1200 OC vorgesehene Brenntemperatur ist ausreichend, um organische und insbesondere toxische Verbindungen in ihre elementaren Bestandteile thermisch zu zerlegen und damit unschädlich zu machen, e) weil das aus dem Gaskreislauf der Trocknungsstufe abgeführte Trocknerabgas mit dem sehr heißen Ofenabgas zum zweiten Mischgas vermengt wird, werden in diesem Mischgas so hohe Temperaturen erreicht, oaß die geruchsbelästigenden Komponenten im Abgas thermisch zerstört werden, f) die Wirtschaftlichkeit der Gewinnung von Nutzenergie aus Abfallwärme wird verbessert, g) die Endreinigung der annähernd auf das theoretische Mindestmaß reduzierten Abgas menge wird kostengünstiger ermöglicht.
  • Eine Ausgestaltung sieht dabei vor, daß das Trocknerabgas in eine Trennstufe von mitgeführten, nicht gasförmigen Stoffen getrennt wird und die abgetrennten Stoffe den zu verbrennenden Abfällen zugeschlagen werden.
  • Mit Vorteil sieht eine weitere Ausgestaltung deS Verfahrens vor, daß der Wärmeinhalt des zweiten Mischgases in zwei Stufen zur Gewinnung von Nutzenergie verwendet wird, wobei in einer ersten Stufe, auf relativ hohem Temperaturniveau, beispielsweise Dampf oder mechanische oder elektrische Energie gewonnen und in einer zweiten Stufe auf relativ niedrigem Temperaturniveau Nutzwärme an ein Wärmeträgermedium abgegeben wird.
  • Dies kann zum Beispiel in der Weise vorgenommen werden, oau Wärme des zweiten Mischgases in der ersten Stufe verwendet wird, um mittels einer Heißgasturoine mechanische beziehungsweise elektrische Energie zu erzeugen.
  • In der zweiten Abwärme-Verwertungsstufe kann mit Vorteil ein nutzbarer Rest von Wärme des zweiten Mischgases verwendet werden, um Brennluft für die Brennstufe zu erwärmen. Erwärmte Brennluft ergibt bekanntlich den Vorteil, daß die brenntemperatur in aer Brennstufe nohe Werte erreicht, vorzugsweise Temperaturen im Bereich um beziehungsweise über 1200 °C.
  • Auf diese Weise gelingt eine Nutzung des verwertbaren Wärme inhalts des zweiten Mischgases mit hohem wärmetechnischem Nutzeffekt.
  • Zur Deckung des Bedarfs an Wärmeenergie für die erforderliche Trocknungsleistung der Trocknungsstufe wird dem ersten Mischgas zwischen 40 und 80 Volumenprozent, fallweise zwischen 55 und 70 Volumenprozent der Trocknungsabgasmenge, und zwischen 5 und 40 Volumenprozent, vorzugsweise zwischen 10 und 20 Volumenprozent der Ofenabgasmenge zugeführt.
  • Eine hierbei als erfindungswesentlich vorgesehene Einstellung der Mengenverhältnisse dieser Gase beim ersten Mischgas ermöglicht eine Betriebsweise der Trocknungsstufe jeweils im Bestpunkt in flexibler Anpassung an Durchsatz, Beschaffenheit und insbesondere Feuchtigkeit der Abfallstoffe.
  • Mit Vorteil ist hierfür vorgesehen, daß das Verhältnis der dem ersten Mischgas zugeführten Trockneraogasmenge zur Ofenabgasmenge nach Maßgabe aer Temperatur aes ersten Mischgases eingestellt wird.
  • Im Falle einer annähernd gleichmäßigen Belastung der Trocknungsstufe kann mit diesem unkomplizierten Regelungsverfahren eine gleichbleibende gute Trocknungsleistung erbracht werden. Umgekehrt kann eine Flexibilität in der Leistung der Trocknungsstufe mit einem vorteilhaft-unkomplizierten Verfahren zur Regelung durch erreicht werden, daß die Temperatur des ersten Mischgases nach Maßgabe der erforderlichen Leistung der Trocknungsstufe, das heißt nach Maßgabe der durchgesetzten Menge der Abfallestoffe und deren durchschnittlichem Wassergehalt je kg feuchtem Abfall, eingestellt wird.
  • Und schließlich kann eine vorteilhafte Regelung der Trocknungsstufe auch so vorgenommen werden, daß die Temperatur aes ersten Mischgases - ourch tinslelluny der Mengenverhältnisse von Trocknerabgas und ufenabgas - nach Maßgabe aer Temperatur des Trocknerabgases am Ausgang der Trocknungsstufe eingestellt wird.
  • Bei Voraussetzung einer annäherno yleicnbleibenoen Trocknungsleistung der Trocknungsstufe kann ein betriebliches Gleichgewicht der Parameter mit Vorteil sehr unkompliziert dadurch erreicht werden, daß die Trocknungsstufe mit gleichbleibend eingestellter Temperatur entweder des Mischgases am Eingang, oder des Trocknerabgases am Ausgang betrieben wird.
  • In jedem Falle dient die eine oder andere Art der Regelung dem Ziel, in Anpassung an den Leistungsbedarf der Trocknungsstufe nach Maßgabe von Menge, Art und Feuchtigkeit der Abfallstoffe, diese im Bestpunkt zu fahren und ein vorgetrocknetes und aufgelockertes Brenngut zu liefern.
  • Die Erreichung dieses Ziels ist die Voraussetzung bei den in Koppelung betriebenen Trocknungs- und Brennstufen, um einen einwandfreien Ausbrana oer ADfallsioffe mit dem geringstmöglichen Luftüberschub Dei hohen Brenntemperaturen und ohne Einsatz hochwertiger Fremd-Brennstoffe zu erreichen.
  • Auf diese Weise gelingt es mit dem Verfahren, die Feuerung durch einen kontrollierten Trocknungsprozeß so intensiv zu betreiben, daß eine Garantie für die restlose Vernichtung toxischer organischer Verbindungen im Abgas, im Staub des Abgases, und in den Rückständen der Feuerung von seiten oes Betriebes gegeben und tatsächlich auch eingehalten werden kann.
  • Weiter ist vorgesehen, daß die Abfallstoffe vor aer Trocknung zerkleinert werden.
  • Sie werden hierdurch besser aufgeschlossen, dabei intensiver getrocknet, zünden eher und brennen infolgedessen besser aus.
  • Mit Vorteil wird der getrocknete Abfall unmittelbar nach seiner Trocknung und vorzugsweise unter Erhalt seines infolge der Trocknung erreichten fühlbaren Wärmeinhalts der Verbrennung zugeführt.
  • Um einerseits eine Auflockerung der Adfallstoffe sowohl in der Trocknungsstufe als auch in der brennstufe zu erreichen, ist mit der Erfindung weiter vorgesehen, daß zur Trocknung der Abfallstoffe eine Trockentrommel vorzugsweise mit eingebauten Hub- und Zerteilungsmitteln und zur Verbrennung der Abfallstoffe ein Drehrohrofen verwendet wird.
  • Beide Aggregate ergeben infolge ihrer Umwälzbewegungen und insbesondere im Zusammenwirken mit eingebauten Hubmitteln ein Optimum an Auflockerung und Bewegung der Abfallstoffe mit dem Ergebnis von bestmöglichem Oberflächenkontakt zwischen Feststoff und Trocknungs- beziehungsweise Brenngas, und ermöglichen durch ihre Unkompliziertheit und Regelbarkeit, beispielsweise der Umdrehungsgeschwindigkeit, die jeweilige Einstellung optimaler Betriebszustände. Auch ist der Durchsatz im Verhältnis zu den Investitionskosten dieser Aggregate wirtschaftlich sehr günstig.
  • Mit Vorteil ist zur zusätzlichen chemischen ooer adsorptiven Bindung von Schadstoffen vorgesehen, dab die Verbrennung der Abfallstoffe unter Zugabe von kalkhaltigen Mineralstoffen, vorzugsweise in Form von Gesteinsmehl, vorgenommen wird.
  • Insbesondere bei relativ feuchten und/oder heizwertarmen Abfällen ist es vorteilhaft, die Luft für die Verbrennung des Abfalls, beispielsweise durch indirekten Wärmetausch mit dem zweiten Mischgas vorzuwärmen, um auch solche Abfälle bei hohen Temperaturen verbrennen zu können.
  • Und schließlich ist vorgesehen, daß die Asche der Brennstufe schmelzflüssig in ein Wasserbao ausgetragen wird. Mit Vorteil fällt dabei die Schlacke in laugungsresistenter Form an und kann entweder gefahrlos deponiert oder wirtschaftlich genutzt werden, beispielsweise als Baustoffzuschlag, zum Beispiel für Schwarzdecken-Mischgut, oder als Zuschlag bei der Vermahlung von Klinker zu Fertigzement, oder für ähnliche Zwecke.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit ihren Vorteilen anhand eines im Blockschaltbila gezeigten Ausführungsbeispiels sowie anhand von Wärmeberechnungen näher erläutert.
  • Das Blockschaltbild zeigt eine Trocknungsstufe 1 und eine Brennstufe 2. Der Trocknungsstufe 1 wird Müll bei 3 zugeführt und darin getrocknet. Getrockneter Müll wird entsprechend dem Linienzug 4 der Brennstufe 2 aufgegeben.
  • Diese trägt als Brennprodukt bei 5 schmelzflüssige Schlacke aus.
  • Trocknungsgas wird an der Austragsseite der Trocknungsstufe 1 abgezogen und nach Abscheidung nicht-gasförmiger Stoffe in einer Trennstufe 39 mit der Leitung 6 zur Aufgabeseite 7 der Trocknungsstufe 1 teilweise zurückgeführt und dabei mit Abgas der Brennstufe 2 aus der Leitung 8 zum ersten Mischgas 9 vermengt und als Trocknungsgas in die Trocknungsstufe 1 eingeleitet. Vom Trocknerabgas in der Trennstufe 39 abgetrennte nicht-gasförmige Stoffe werden der Brennstufe 2 zugeführt una aarin gemeinsam mit dem übrigen Abfall verbrannt. In den Kreislauf oes Systemgases ist ein Gebläse 27 eingeschaltet, welches die für den Gastransport erforderliche Druckenergie liefert.
  • Brennluft wird der Brennstufe 2 mit der Leitung 10 zugeführt. Dabei kann es sich um kalte Frischluft aus der Leitung 10' oder um angewärmte Luft aus aer Leitung 11 handeln. Im System der Gas führungen können einstellbare Drosselorgane 14 bis 18 vorgesehen sein, durch welche die Mengen- und/oder Mischungsverhältnisse der Gasströme zueinander eingeregelt werden können.
  • Eine vorteilhafte Regelung des Systems ist aber auch mit den Ventilatoren 27 und 38 möglich, sowie mit den regelbaren Drosselorganen 15 und 16.
  • Eine hierfür vorgesehene Regelungseinrichtung, die der Durchführung der Regelungsverfahrensschritte nach der Erfindung dient, umfaßt wenigstens zwei Temperaturmeßstellen, und zwar eine bei 29 für die Ermittlung der Temperatur des ersten Mischgases 9, und eine weitere bei 30 für die Ermittlung der Trocknerabgas-Temperatur. Von diesen führen Signalleitungen 31 und 32 zu einer Regel- und Vergleichereinheit 33, der die entsprechenden temperaturkonformen elektrischen Signale aufgeschaltet werden. Diese Einheit 33 vergleicht die Temperatur-IST-Werte mit Vorgabe-SOLL-Werten, die der Vergleichereinheit von der Sollwert-Eingabe-Einheit 34 mit der Signalleitung 35 aufgeschaltet werden. Im Falle von Ungleichheit der SOLL/IST-Werte wird in der Rechner-Einheit 38 ein Korrektur-Impuls errechnet und mit Hilfe der Steuerleitungen 36 und 37 eine Einstellbewegung der Drosselorgane 15 und 28 veranlaßt. Diese werden, vorzugsweise mit Verzögerungsdämpfung, so lange eingestellt, bis eine Gleichheit der SOLL/IST-Werte erreicht ist und die Stell impulse gegen Null abgeklungen sind.
  • Für den Fachmann selbstverständlich, kann die Regeleinrichtung auch noch zur Einstellung weiterer Drosselorgane 14, 16, 17, 18 und/oder beispielsweise zur Beeinflussung der Geschwindigkeit des Systemgebläses 27 erweitert werden, wenn dies nach fachlichem Ermessen fallweise als erforderlich angesehen werden sollte.
  • Das Abgas der Brennstufe 2 wird mit der Leitung 19 ausgetragen und nach Mischung mit dem Teil der Trocknerabgase, die nicht zum ersten Mischgas geführt werden, zu einem zweiten Mischgas vermengt.
  • Dieses wird zur Gewinnung von Nutzenergie einer beispielsweise zweistufigen Wärmeübertragungseinrichtung 21 und 22 zugeführt und danach über eine Gasreinigungseinrichtung 23, beispielsweise einen Rauchgaswäscher und einen Entstauber, in die Atmosphäre abgeführt. In der ersten Wärmeübertragungseinrichtung 21 wird ein wesentlicher Teil der nutzbaren Wärme des zweiten Mischgases auf relativ hohem Temperaturniveau, zum Beispiel um 900 OC, genutzt, um beispielsweise eine rein schematisch dargestellte Abgasturbine 25 zu betreiben und mit dieser über einen Generator 24 Strom zu erzeugen. Ein im Kreislauf der Abgasturbine 25 angeordneter Kühler 26 kann darüberhinaus zusätzlich noch zur Heißwasserbereitung herangezogen werden.
  • Das in der Wärmeübertragungseinrichtung 21 wärmewirtschaftlich genutzte una aaDei temperaturerniedrigte zweite Mischgas gelangt in den Rekuperator 22, worin durch erneuten Wärmeaustausch Luft erwärmt und als warme Brennluft mit der Leitung 11 der Brennstufe 2 zugeführt wird.
  • Im folgenden wird ein Zahlenbeispiel zur Abschätzung der Größenordnung von Menge und Temperaturen der Gasströme bei Einsatz von Hausmüll entsprecheno der Erfindung vorgelegt.
  • Der Rechnung sind folgende Angaben zugrunde gelegt: - unterer Heizwert Müll 2000 kcal/kgM (M = feuchter Müll) - Müllfeuchtigkeit 30 % - Wärmeaufwand zur 800 kcal/kg H20 Trocknung (incl. Verluste) - Trocknerabgastemperatur 150 °C LuftüDerschuß der Verbrennung 20 % - Verbrennungswärmeverluste 10 % - Ofenabgastemperatur 1200 °C Cp Ofenabgas 0,4 Kcal/Nm3 0C Damit ergibt sich: 1.) Wärmeaufwand zum Trocknen der Abfälle = 0,30 x 800 = 240 kcal/kgM Diese Energie muß der Brennstufe entnommen werden.
  • 2.) Das erfordert eine Entnahme des 1200 °C heißen Gases aus der Brennstufe von 240 kcal/kgM 0,4 kcal/Nm . UC x (1200 - 150 OC) = 0,57 Nm3/kgM 3.) Die Abgasmenge aus der Brennstufe läßt sich wie folgt abschätzen: Die Rauchgasmenge bei Verbrennung von feuchtem Müll beträgt bei einem Heizwert von 2000 kcal/kgM und einem LuftüDerschuß von erfahrungsgemäß 20 % etwa 4,20 Nm3/kgM. 30 % Feuchtigkeit werden jedoch bereits in der Trocknungsstufe ausgetragen.
  • Bei einem spezifischen Gewicht des Wassersampfes von 0,768 kg/Nmbeträgt aas spezifische Volumen 0,3/0.768 = 0,39 Nm3/kgM. Bei vollständiger Trocknung des Mülls im Trockner ist deshalb mit einer tatsächlichen Rauchgasmenge aus der Brennstufe von 4,20 - 0,39 = 3,81 Nm3/kgM zu rechnen.
  • Die Menge Rauchgas der Brennstufe, aie in die Trocknungsstufe zu leiten ist, entspricht 0,57/3.81 = 15 % der Rauchgas-Gesamtmenge (siehe Ansprüche 8 und 9).
  • 4.) Bei der Verbrennung von Abfall und angenommenen Wärmeverlusten (Schlackenwärme und Wandverluste) von 10 X ergibt sich eine Temperatur der Abgase der Brennstufe von etwa: 2000 0,10) = 1180 OC; 0,4 x 3,81 Dies entspricht in etwa dem oben angenommenen Ausgangswert von 1200 OC, 5.) Fährt die Trocknungsstufe zum Beispiel mit einer Abgas menge von 3 Nm3/kgM, wobei 10 % davon, das heißt 0,3 Nm3/kgMmit Falschluft zu veranschlagen wären und 0,39 Nm/kgM aus dem Wasserdampf stammen, so wären folgende Teilmengen des Trocknerabgases mit Abgas aus der Brennstufe zum zweiten Mischgas zu vermengen: 0,57 + 0,3 + 0,39 = 1,26 Nm3/kgM.
  • 6.) Die Restmenge, das heißt 3,00 - 1,26 = 1,74 Nm3/kgM, wird mit dem 0,57 Nm /kgM Teilabgas der Brennstufe zum ersten Mischgas vermengt und in aie Trocknungsstufe zurückgeführt. Es ergibt sich eine Menge des ersten Mischgases von 0,57 + 1,74 = 2,31 Nm3/kgM mit einer Temperatur von etwa 1200 x 0,4 x 0,57 + 150 x 1,74 x 0,36 = 420 OC.
  • (0,57 + 1,74) 0,38 7.) Bei vollständiger Trocknung wird im Trockner eine Wassermenge von 0,39 Nm3/kgM abgeführt. Im Gleichgewichtszustand muß diese Wasserdampfmenge vollständig mit der Teilmenge der Trocknerabgase abgeführt werden, die zum zweiten Mischgas führt. Da diese 1,26 Nm /kgM beträgt, entspricht der Wasserdampfgehalt des Trocknerabgases 0,39/1,26 = 31 X (in Wirklichkeit liegt er etwas höher, da auch die Abgase aus der Verbrennung, welche in die Trocknungsstufe geführt werden, Wasser als Verbrennungsprodukt enthalten).
  • 8.) Die abgeführten Abgase der Trocknungsstufe werden mit den restlichen Abgasen der Brennstufe zum zweiten Mischgas vermengt. Es ergibt sich eine Menge von 1,26 + 3,81 - 0,57 = 4,5 Nm3kgM bei einer Temperatur von etwa: 1200 x 0,4 x (3,81 - 0,57) + 150 x 0,36 x 1,26 (1,26 + 3,81 - 0,57) 0,39 = 925 °C 9.) Variable in obiger Rechnung ist die angenommene Abgasmenge des Trockners: Legt man andere Trocknerabgasmengen bei sonst gleichen Bedingungen zugrunde und führt die gleiche Rechnung durch wie zuvor, so erhält man folgende Wertetabelle: A) Trockner-Abgasmenge (Nm3/kaM): 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; B) Teilmenge Trocknerabgas zum zweiten Mischaas (Nm)/kgM): 1,11; 1,16; 1,26; 1,36; 1,46; C) Teilmenge Trocknerabgas zum ersten Mischaas (Nmi/kgM): 0,39; 0,84; 1,74; 2,64; 3,54; D) C/A (S): 26,0; 42,0; 58,0; 66,0; 70,8; E) Temperatur erstes Mischgas (°C) 787; 588; 419; 346; 306; F) Temperatur zweites Mischgas (oC) 952; 943; 925; 908; 891; G) Wasserdampfgehalt Trocknerabgas (%) 35,1; 33,6; 31,0; 28,7; 26,7; x x x x x +) Temperatur jeweils 150 OC angenommen Aus den Rechnungen ist zu folgern, daß das System bei Einsatz von Hausmüll vorteilhaft mit mindestens 2,0 oder 3,0 Nm³/kgM Abgasmenge der Trocknerstufe zu fahren ist, da sonst die Temperatur des ersten Mischgases eine unerwünschte Größenordnung annimmt. Infolgedessen ist es angebracht, das System für 3,0 bis 5,0 Nm3/kgM auszulegen.
  • Die hohe Verbrennungstemperatur von etwa 1200 OC stellt sich in allen Fällen ein, so daß sich keine polychlorierten Kohlenwasserstoffe bilden können, beziehungsweise eventuell vorhandene toxische organische Verbindungen zersetzt werden.
  • Das erste Mischgas stellt sich in jedem Fall auf Temperaturen von über 800 OC ein, so daß die Zersetzung von geruchsbelästigenden Verbindungen, die bei der Trocknung entstehen können, gewährleistet ist. Bei Abfällen mit geringerem Heizwert und/oder höheren Feuchtigkeitsgehalten empfiehlt es sich, die Verbrennungsluft vorzuwärmen, um diese vorteilhaften Temperaturverhältnisse einhalten zu können.
  • Aus der Abhängigkeit der Temperatur des ersten Mischgases von der verhältnismäßigen Zusammensetzung aus Trocknerabgasmenge und Ofenabgasmenge leitet sich die vorteilhafte Wirksamkeit der mit dem Verfahren nach der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen zur Regelung entsprechend den in den Ansprüchen 10 bis 14 vorgesehenen Merkmalen ab.
  • Damit erfüllt die Erfindung in optimaler Weise die in der Aufgabenstellung eingangs aufgeführten Forderungen.
  • - Leer'tite -

Claims (22)

  1. Patentansprüche Verfahren zum Verbrennen von Abfallstoffen, insbesondere von Müll, wobei die Abfallstoffe in einem ersten Verfahrensschritt in einer Trocknungsstufe getrocknet werden, wobei Trocknerabgas anfällt, und in einem zweiten Verfahrensschritt in einer Brennstufe verbrannt werden, wobei Ofenabgas anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Teil OfenaDgas der Brennstufe und ein Teil Trocknerabgas aer Trocknungsstufe abgezweigt und zu einem ersten Mischgas vermengt werden, und daß das erste Mischgas zur Trocknungsstufe zurückgeführt und zum Trocknen der Abfallstoffe verwendet wird,* und daß der restliche Teil Ofenabgas mit dem restlichen Teil Trocknerabgas zu einem zweiten Mischgas vermengt wird, und daß dessen nutzbarer Wärmeinhalt zur Gewinnung von Nutzenergie verwendet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, aadurch gekennzeichnet, daß das Trocknerabgas in einer Trennstufe von mitgeführten, nicht gasförmigen Stoffen getrennt wird und die abgetrennten Stoffe den zu verbrennenden Abfällen zugeschlagen werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeinhalt des zweiten Mischgases in vorzugsweise zwei Stufen zur Gewinnung von Nutzenergie verwendet wird, wobei in einer ersten Stufe auf relativ hohem Temperaturniveau beispielsweise Dampf oder mechanische oder elektrische Energie gewonnen, una in einer zweiten Stufe auf relativ niedrigem Temperaturniveau Nutzwärme an ein Wärmeträgermeolum abgegeben wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme des zweiten Mischgases in aer ersten Stufe verwendet wird, um beispielsweise mittels einer Heißgasturbine mechanische beziehungsweise elektrische Energie zu erzeugen.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme oes zweiten Mischgases in der zweiten Stufe verwendet wird, um Brennluft für die Brennstufe zu erwärmen.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Mischgas zwischen 40 und 80 Volumenprozent der Trocknerabgasmenge zugeführt werden.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Dis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Mischgas zwischen 55 und 70 Volumenprozent der Trocknerabgasmenge zugeführt werden.
  8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, aadurch geKennzeichnet, daß dem ersten Mischgas zwischen 5 und 40 Volumenprozent der Ofenabgasmenge zugeführt weraen.
  9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Mischgas zwischen 10 und 20 Volumenprozent der OfendOgasmenge zugeführt werden.
  10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der dem ersten Mischgas zugeführten Trocknerabgasmenge zur Ofenabgasmenge nach Maßgabe der Temperatur des ersten Mischgases eingestellt wird.
  11. 11. Verfahren nach einem oder mehreren oer Ansprüche 1 Dis 10, dadurch gekennzeichnet, dalb aie Temperatur oes ersten Mischgases nach Maßgabe der erforderlichen Leistung der Trocknungsstufe, aas heißt nach Maßgabe der durchgesetzten Menge der Abfallstoffe und deren durchschnittlichem Wassergehalt je kg feuchtem Abfall, eingestellt wird.
  12. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ersten Mischgases nach Maßgabe der Temperatur des Trocknungsgases am Ausgang der Trocknungsstufe eingestellt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, ciaß daß die Trocknungsstufe rnit gleichbleibend eingestellter Temperatur des ersten Mischgases betrieben wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Dis 12, dadurch gekennzeichnet, oaß die Trocknunysstufe mit gleichbieloend eingestellter Temperatur des Trockneraogases betrieben wird.
  15. 15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trocknung der Abfallstoffe ein Trommeltrockner verwendet wird.
  16. 16. Verfahren nach einem ooer mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbrennung der Abfallstoffe ein Drehrohrofen verwendet wira.
  17. 17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe vor der Trocknung zerkleinert werden.
  18. 18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe unmittelbar nach ihrer Trocknung und vorzugsweise unter Erhalt ihres fühlbaren Wärmeinhalts der Verbrennung zugeführt werden.
  19. 19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung der Abfallstoffe unter Zugabe von kalkhaltigen Mineralstoffen, vorzugsweise in Form von Gesteinsmenl, vorgenommen wira.
  20. 20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbrennung der Abfallstoffe vorgewärmte Brennluft verwendet wird.
  21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung der Abfallstoffe bei 1200 °C oder höheren Temperaturen durchgeführt wird.
  22. 22. Verfahren nach einem ooer mehreren der Ansprüche 1 Dis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Asche der Brennstufe schmelzflüssig in ein Wasserbad ausgetragen wird.
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