DE3733831A1 - Verfahren zur verbrennung von organischen substanzen, wie hausmuell, industriemuell und aehnlichem, unter verwendung einer wirbelschichtfeuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von or­ ganischen Substanzen, wie Hausmüll, Industriemüll und ähnli­ chem, unter Verwendung einer Wirbelschichtfeuerung mit einer mittleren Verbrennungstemperatur von ca. 800°C.

Wirbelschichtfeuerungen zählen in zahlreichen Ausführungs­ formen für die verschiedensten Anwendungsfälle seit langem zum Stand der Technik. Die wesentlichen Vorteile sind darin zu sehen, daß im Gegensatz zu anderen Feuerungstypen auch geringwertige Brennstoffe mit hohem Ballastgehalt, wie z.B. Ballastkohle oder Aufbereitungsabgänge, die als Nebenprodukt bei der Steinkohleaufbereitung anfallen, oder auch sonstige organische Substanzen, wie insbesondere Hausmüll, Industrie­ müll und ähnlichem, in der unterschiedlichsten Zusammenset­ zung verbrannt werden können.

Ein Vorteil der Wirbelschichtfeuerung liegt in ihrer ver­ gleichsweisen Umweltfreundlichkeit, da bei den verhältnismä­ ßig niedrigen Verbrennungstemperaturen von ca. 800°C nahezu keine Stickoxide entstehen und andere Schadstoffe, wie z.B. Schwefeloxide, durch Zugabe geeigneter Adsorptionsmittel, wie z.B. Kalkstein, bereits weitgehend in der Wirbelschicht gebunden werden können. Darüber hinaus zeichnet sich die Wirbelschichtfeuerung durch eine homogene Temperaturvertei­ lung im Wirbelbett aus, so daß insbesondere bei der Verbren­ nung von weniger homogenen/organischen Substanzen, wie z.B. Hausmüll oder Industriemüll, einen guten Ausbrand gewährlei­ stet ist.

Gerade bei der Verbrennung organischer Substanzen, wie Haus­ müll, Industriemüll und ähnlichem, sind der Wirbelschicht­ feuerung jedoch Grenzen dadurch gesetzt, daß sich aufgrund der relativ niedrigen Verbrennungstemperaturen für den Fall, daß die zu verbrennenden Substanzen organische bzw. auch an­ organische Chlorverbindungen, wie z.B. polychlorierte Biphe­ nyle (PCB) enthalten, bei der Verbrennung hochtoxische Dio­ xine, wie z.B. polychlorierte Dibenzodioxine (PCDD) bzw. auch polychlorierte Dibenzofurane (PCDF), bilden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das sicherstellt, daß bei der Verbrennung orga­ nischer Substanzen die Bildung von hochtoxischen Dioxinen verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus der Wirbelschichtfeuerung abziehenden Rauchgase zusammen mit dem mitgeführten Flugstaub in einer nachgeschalteten Er­ hitzungszone auf eine Temperatur von mindestens 900°C er­ hitzt werden.

Durch die Erfindung gelingt es somit, hochgiftige Dioxine, die bekanntlich bei Temperaturen oberhalb 900°C, vorzugs­ weise zwischen 1000 und 1200°C, zu ungiftigen organischen Substanzen oxidieren, unschädlich zu machen.

Die Aufheizung der Rauchgase aus der Wirbelschichtfeuerung auf eine Temperatur von mindestens 900°C kann sowohl durch direkte, beispielsweise durch Vermischen mit einem Heißgas, oder auch durch indirekte Wärmezufuhr mittels eines geeigne­ ten Wärmetauschers erfolgen.

Besonders vorteilhaft erweist es sich jedoch, wenn die hei­ ßen Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung direkt in den Feue­ rungsraum eines neu zu errichtenden oder auch bereits vor­ handenen Industriekessels, wie beispielsweise des Dampfer­ zeugers eines Kohlekraftwerkes, eingeleitet werden. Auf die­ se Weise kann die vorhandene Infrastruktur einer derartigen Kesselanlage mit den Wärmetauscherflächen zur Auskopplung der erzeugten Wärme sowie den Einrichtungen zur Staubab­ scheidung und Rauchgasreinigung auch für die Rauchgase aus der Wirbelschichtfeuerung voll genutzt werden. Zudem ist durch die hohen Verbrennungstemperaturen in derartigen Indu­ striekesselanlagen mit Sicherheit gewährleistet, daß im Rauchgas der Wirbelschichtfeuerung mitgeführte Dioxine in unschädliche Stoffe umgewandelt werden.

Selbstverständlich können nach der Erfindung die zu verbren­ nenden Abfallstoffe auch in Mischung mit anderen organischen Substanzen, wie z.B. Stein- oder Braunkohle, verbrannt wer­ den, wobei dann die gesamte Menge der anfallenden Rauchgase auf die Mindesttemperatur von 900°C zu erhitzen ist. Eine solche Vorgehensweise dürfte sich immer dann als sinnvoll erweisen, wenn an einem vorhandenen Standort bereits eine größere Wirbelschichtanlage in Betrieb ist.

In der Regel wird die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Wirbelschichtfeuerung ohne Tauchheizflächen, d.h. ohne Wärmetauscherflächen in der Wirbelschicht eingesetzt. Die erzeugte Wärme wird mittels des Rauchgases aus der Wir­ belschichtfeuerung ausgetragen und kann beispielsweise in dem nachgeschalteten Industriekessel zusammen mit der dort erzeugten Wärme an einen Dampfkreislauf oder einen sonstigen Wärmeverbraucher abgegeben werden. Zur Regelung der Tempera­ tur in der Wirbelschichtfeuerung auf ein konstantes Tempera­ turniveau von beispielsweise 800°C erweist es sich als zweckmäßig, einen Teil der abgekühlten und ggf. bereits ge­ reinigten Rauchgase aus dem nachgeschalteten Industriekessel als Kühlmedium kontinuierlich in die Wirbelschichtfeuerung zurückzuleiten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Kühlung der Wirbelschichtfeuerung aber auch durch Wirbelbettmateri­ al, welches kontinuierlich in die Wirbelschichtfeuerung ein­ geleitet wird, erfolgen. Falls die Wirbelschichtfeuerung in Kombination mit dem Dampferzeuger eines Kraftwerkes betrie­ ben wird, erweist es sich als vorteilhaft, die im Kessel des Dampferzeugers anfallende Grobasche als Wirbelbettmaterial zu verwenden. Nach ihrer reibungsbedingten Zerkleinerung wird die Grobasche dann als Flugasche zusammen mit dem Rauchgas abgezogen. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß nicht nur das Rauchgas, sondern auch die Bettasche in den nachgeschalteten Dampferzeuger eingeleitet und dort den angestrebten hohen Temperaturen ausgesetzt wird, so daß auch über die Bettasche keine toxischen Bestandteile aus der Wir­ belschichtfeuerung ausgetragen werden können.

Anstelle von Grobasche aus dem Kessel des Kraftwerkes kann selbstverständlich auch ein Teil der im Elektrofilter des Kraftwerkes anfallenden groben Flugasche als Wirbelschicht­ material verwendet werden.

Falls keine Wärmequelle bzw. kein Industriekessel für die Hochtemperaturbehandlung der Rauchgase und der Flugasche der Wirbelschichtanlage zur Verfügung steht, ist es nach einem weiteren Merkmal auch möglich, die Abfallstoffe in der Wir­ belschicht bei geringerer Luftzufuhr nur partiell zu CO zu verbrennen, d.h. zu vergasen, und das CO-haltige Vergasungs­ produkt dann in einer nachgeschalteten Feuerung bei entspre­ chend höheren Temperaturen zu CO₂ weiterzuverbrennen. Auch in diesem Falle gelingt es, die im Vergasungsprodukt der Wirbelschichtanlage mitgeführten toxischen Dioxine bei den entsprechend hohen Temperaturen in unschädliche Produkte um­ zuwandeln.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Die Figur zeigt schematisch eine Wirbelschichtfeuerung 1 mit einem Wirbelbett 11, in dem über Leitung 12 zugeführte or­ ganische Abfallstoffe, denen ggf. über Leitung 13 Kohle zu­ gemischt werden kann, bei einer mittleren Verbrennungstempe­ ratur von ca. 800°C verbrannt werden.

Der Wirbelschichtfeuerung 1 ist im gezeigten Beispiel rauch­ gasseitig ein mit Kohlenstaub 21 - unter Zufuhr von Frisch­ luft 22 - befeuerter Dampferzeuger 2, beispielsweise eines Kohlekraftwerkes, nachgeschaltet. Über Leitung 14 werden die Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung 1 einschließlich mitge­ rissener Brennstoff- und Ascheteilchen unterhalb der Feue­ rungszone 23 in den Dampferzeuger 2 eingeleitet. Beim an­ schließenden Durchströmen der Feuerungszone 23 des Dampfer­ zeugers 2 werden die eingeleiteten Rauchgase der Wirbel­ schichtfeuerung 1 auf Temperaturen oberhalb 900°C, vorzugs­ weise auf Temperaturen zwischen 1000°C und 1200°C, er­ hitzt.

Dabei werden ggf. in der Wirbelschichtfeuerung 1 entstandene und im Rauchgas mitgeführte Schadstoffe wie Dioxine zer­ stört. Die vermischten Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung 1 und des Dampferzeugers 2 werden, nachdem sie den wesentli­ chen Teil ihrer Wärme über einen Wärmetauscher 24 an das zu verdampfende Wasser abgegeben haben, über Leitung 25 abgezo­ gen, in einem Elektrofilter 3 entstaubt, in einem Wärmetau­ scher 5 ggf. weiter abgekühlt, in einer Rauchgaswäsche 4 ge­ reinigt und zum überwiegenden Teil über Leitung 41 in die Atmosphäre abgeleitet.

Ein Teil der Rauchgase wird - entweder über Leitung 42 vor der Rauchgaswäsche 4 oder über Leitung 43 nach der Rauchgas­ wäsche 4 - abgezweigt und über Leitung 44 sowie ein Drucker­ höhungsgebläse 26 zusammen mit über Leitung 27 angesaugter Frischluft in das Wirbelbett 11 zurückgeführt. Dabei kann über die Mengen des zugeführten Brennstoffes, der angesaug­ ten Frischluft sowie des rezirkulierten Rauchgases die in der Wirbelschichtfeuerung 1 angestrebte Verbrennungstempera­ tur von ca. 800°C eingehalten werden, wobei es zur Begren­ zung der Strömungsgeschwindigkeit im Wirbelbett 11 zweckmä­ ßig sein kann, einen Teil der rückgeführten kalten Rauchgase ausschließlich zum Zwecke der Wärmeabfuhr aus der Wirbel­ schichtfeuerung 1 über Leitung 45 oberhalb des Wirbelbettes 11 in die Wirbelschichtfeuerung 1 einzuleiten.

Von der aus dem Dampferzeuger 2 über Leitung 28 abgezogenen Asche wird die Grobasche abgetrennt und über Leitung 29, ggf. nach zusätzlicher Abkühlung, als Bettmaterial in das Wirbelbett 11 zurückgeführt. Infolge der Reibung im Wirbel­ bett 11 wird die Grobasche nach und nach zerkleinert und als Flugstaub zusammen mit den Rauchgasen in den Dampferzeuger 2 mitgerissen. Ebenso kann aus der im Elektrofilter 3 abge­ schiedenen Flugasche der grobkörnige Anteil abgetrennt und über Leitungen 31 und 29 in das Wirbelbett 11 zurückgeführt werden. Die mittel- und feinkörnigen Anteile werden über Leitung 32 abgezogen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verbrennung von organischen Substanzen, wie Hausmüll, Industriemüll und ähnlichem, unter Verwendung einer Wirbelschichtfeuerung mit einer mittleren Verbren­ nungstemperatur von ca. 800°C, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Wirbelschichtfeuerung abziehenden Rauch­ gase zusammen mit dem mitgeführten Flugstaub in einer nachgeschalteten Erhitzungszone auf eine Temperatur von mindestens 900°C erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung in den Feuerungs­ raum eines Industriekessels eingeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in den Feuerungsraum des Dampferzeugers ei­ nes Kohlekraftwerkes eingeleitet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abfallstoffe zusammen mit Kohle in der Wirbelschichtfeuerung verbrannt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Teil der den Industriekessel ver­ lassenden Rauchgase nach erfolgter Abkühlung und ggf. Reinigung kontinuierlich in die Wirbelschichtfeuerung zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bettmaterial für die Wirbelschicht­ feuerung Grobasche aus dem Kessel des Kohlekraftwerkes verwendet wird, wobei die Grobasche nach ihrer reibungs­ bedingten Zerkleinerung in der Wirbelschichtfeuerung als Flugasche zusammen mit dem Rauchgas erneut dem nachge­ schalteten Kessel zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bettmaterial für die Wirbelschicht­ feuerung grobkörnige Flugasche aus dem Elektrofilter ei­ nes Kohlekraftwerkes verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abfallstoffe bzw. die Mischungen aus Kohle und Abfallstoffen in der Wirbelschicht zumin­ dest teilweise nur partiell oxidiert werden und daß das bei der partiellen Oxidation entstehende Kohlenmonoxid in einem nachgeschalteten Feuerungsraum bei Temperaturen oberhalb 900°C zu Kohlendioxid verbrannt wird.