-
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 -