DE3733831A1

DE3733831A1 - Process for burning organic substances such as domestic waste, industrial waste and the like, using a fluidised-bed furnace

Info

Publication number: DE3733831A1
Application number: DE19873733831
Authority: DE
Inventors: Gerhard Scholl; Karl-Ewald Stoll
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1989-04-20
Also published as: DE3733831C2

Abstract

In a process for burning organic substances such as domestic waste, industrial waste and the like in a fluidised-bed furnace with an average combustion chamber of 800@C, the flue gases of the fluidised-bed furnace are heated, together with the flue dust (fly ash) carried along, in order to break down pollutants, e.g. dioxins, which may have formed during the combustion of the organic substances, in a downstream heating zone to a temperature of at least 900@C, preferably from 1000@C to 1200@C. Expediently, the flue gases are passed into the fire box of an industrial boiler, for example a steam generator of a coal-fired power station.

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.The invention relates to a method for the combustion of or ganic substances such as household waste, industrial waste and the like chem, using a fluidized bed furnace with a average combustion temperature of approx. 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.Fluidized bed furnaces count in numerous designs have been molding for a wide variety of applications for a long time state of the art. The main advantages are in it to see that unlike other types of firing too low-quality fuels with high ballast content, e.g. Ballast coal or processing waste that is a by-product incurred during hard coal processing, or other organic substances, such as household waste, industry garbage and the like, in the most diverse composition can be burned.

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.One advantage of fluidized bed firing is its ver equally environmentally friendly, since the almost low combustion temperatures of approx. 800 ° C almost no nitrogen oxides and other pollutants, such as Sulfur oxides, by adding suitable adsorbents, such as. Limestone, already largely in the fluidized bed can be bound. In addition, the Fluidized bed firing through a homogeneous temperature distribution development in the fluidized bed, so that especially when burning less homogeneous / organic substances, e.g. Household or industrial waste, ensure a good burnout is steady.

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.Especially when burning organic substances like house garbage, industrial waste and the like are the fluidized bed However, firing limits are set by the fact that the relatively low combustion temperatures in the event that the substances to be burned are organic or organic chlorine compounds, e.g. polychlorinated biphe nyls (PCB) contain, in the combustion highly toxic Dio xine, such as polychlorinated dibenzodioxins (PCDD) or can also form polychlorinated dibenzofurans (PCDF).

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.The invention is based on the object of a method develop that ensures that when burning orga the formation of highly toxic dioxins is prevented.

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.This object is achieved in that the flue gases withdrawing from the fluidized bed furnace with the carried dust in a downstream Er heating zone to a temperature of at least 900 ° C be heated.

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.The invention thus enables highly toxic dioxins, which is known to be preferred at temperatures above 900 ° C between 1000 and 1200 ° C, to non-toxic organic Oxidize substances to render them harmless.

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.The heating of the flue gases from the fluidized bed combustion to a temperature of at least 900 ° C direct, for example by mixing with a hot gas, or also by indirect heat supply by means of a suitable th heat exchanger.

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.However, it proves to be particularly advantageous if the hot the flue gases of the fluidized bed combustion directly into the fire space of a new building or one that is already ready existing industrial boiler, such as the steamer producer of a coal-fired power plant. On the In this way, the existing infrastructure of such a Boiler system with the heat exchanger surfaces for decoupling the heat generated and the devices for dust removal separation and flue gas cleaning also for the flue gases the fluidized bed firing can be fully used. In addition is due to the high combustion temperatures in such ind Striekesselanlagen with certainty that in Flue gas from the fluidized bed combustion entrained in dioxins harmless substances are converted.

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.Of course, according to the invention, the burn wastes also mixed with other organic Substances such as Hard coal or brown coal, who burned the, then the total amount of flue gases is to be heated to the minimum temperature of 900 ° C. A such an approach should always make sense prove if one already exists in an existing location larger fluidized bed system is in operation.

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.As a rule, that in the method according to the invention Fluid bed firing used without immersion heating surfaces, i.e. used in the fluidized bed without heat exchanger surfaces. The heat generated is by means of the flue gas from the us carried out and can for example in the downstream industrial boiler together with the one there generated heat to a steam cycle or another Heat consumers are given. To regulate the tempera temperature in the fluidized bed furnace to a constant temperature level of 800 ° C, for example, it turns out to be expedient, part of the cooled and possibly already ge cleaned flue gases from the downstream industrial boiler as a cooling medium continuously in the fluidized bed furnace to return.

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.According to a further feature of the invention, the cooling fluidized bed firing but also by fluidized bed material al, which continuously in the fluidized bed combustion is conducted. If the fluidized bed firing in Combined with the steam generator of a power plant ben, it proves to be advantageous, which in the boiler of the Steam generator coarse ash as a fluidized bed material to use. After their friction-related crushing the coarse ash is then used as fly ash together with the Flue gas removed. This procedure has the advantage that not only the flue gas but also the bed ash in initiated the downstream steam generator and there the targeted high temperatures is exposed, so that too No toxic components from the we via the bed ash can be discharged.

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.Instead of coarse ash from the boiler of the power plant of course also part of the in the electrostatic filter of the Powerful coarse fly ash produced as a fluidized bed material can be used.

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.If no heat source or no industrial boiler for the High temperature treatment of flue gases and fly ash Fluid bed plant is available, it is after a another characteristic also possible, the waste materials in the we Coating layer only partially to CO with a lower air supply burn, i.e. to gasify, and the CO-containing gasification product then in a subsequent firing at correspond Burning higher temperatures to CO₂. Also in this case, the gasification product of Fluid bed system carried toxic toxins in the correspondingly high temperatures in harmless products to convert.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.Further explanations of the invention are in the figure shown schematically illustrated embodiment.

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.The figure shows schematically a fluidized bed furnace 1 with a fluidized bed 11 , in which organic waste supplied via line 12 , to which coal can optionally be mixed via line 13 , is burned at an average combustion temperature of approximately 800.degree.

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.The fluidized bed firing 1 is in the example shown on the smoke gas side with a coal dust 21 - with the supply of fresh air 22 - fired steam generator 2 , for example a coal-fired power station. Via line 14 , the flue gases of the fluidized bed combustion 1 including entrained fuel and ash particles are introduced below the fire zone 23 into the steam generator 2 . When closing on passing through the combustion zone 23 of the steamer zeugers 2 the introduced flue gases of the fluidized be schichtfeuerung 1 to temperatures above 900 ° C, preferably to temperatures between 1000 ° C and 1200 ° C, it 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.In this case, pollutants such as dioxins which have arisen in the fluidized bed furnace 1 and are carried in the flue gas are disrupted. The mixed flue gases of the fluidized bed furnace 1 and the steam generator 2 , after they have given up the essential part of their heat via a heat exchanger 24 to the water to be evaporated, are drawn off via line 25, dedusted in an electrostatic filter 3 , in a heat exchanger 5 if necessary cooled further, cleaned in a flue gas scrubber 4 and largely discharged into the atmosphere via line 41 .

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.A portion of the flue gases is branched off - either via line 42 before the flue gas scrubber 4 or via line 43 after the flue gas scrubber 4 - and returned via line 44 and a booster blower 26 together with fresh air drawn in via line 27 into the fluidized bed 11 . In this case, the desired combustion temperature of approximately 800 ° C. can be maintained in the fluidized bed furnace 1 via the amounts of the fuel supplied, the fresh air drawn in and the recirculated flue gas, whereby it may be expedient to limit the flow velocity in the fluidized bed 11 , one portion of the recycled cold smoke gases solely for the purpose of heat removal from the fluidized schichtfeuerung 1 via line 45 above the fluidized bed 11 in the fluidized bed 1 initiate.

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.The coarse ash is separated from the ash drawn off from the steam generator 2 via line 28 and is returned to the fluidized bed 11 via line 29 , possibly after additional cooling, as bed material. As a result of the friction in the fluidized bed 11 , the coarse ash is gradually crushed and entrained as flue dust together with the flue gases in the steam generator 2 . Likewise, the coarse-grained fraction can be separated from the fly ash separated in the electrostatic filter 3 and can be returned to the fluidized bed 11 via lines 31 and 29 . The medium and fine-grained fractions are withdrawn via line 32 .

Claims

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.1. Process for the combustion of organic substances, such as household waste, industrial waste and the like, using a fluidized bed combustion with an average combustion temperature of approximately 800 ° C, characterized in that the smoke gases withdrawing from the fluidized bed combustion together with the entrained flue dust in one downstream heating zone to a temperature of at least 900 ° C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung in den Feuerungs raum eines Industriekessels eingeleitet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the flue gases from the fluidized bed furnace in the furnace industrial boiler room.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in den Feuerungsraum des Dampferzeugers ei nes Kohlekraftwerkes eingeleitet werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the flue gases into the furnace of the steam generator a coal-fired power plant.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abfallstoffe zusammen mit Kohle in der Wirbelschichtfeuerung verbrannt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the waste together with coal in the fluidized bed combustion are burned.

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.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized ge indicates that part of the ver industrial boiler letting smoke gases after cooling and if necessary Cleaning continuously in the fluidized bed furnace is returned.

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.6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized ge indicates that as bed material for the fluidized bed Coarse ash combustion from the boiler of the coal-fired power plant Is used, the coarse ash according to its friction conditional comminution in fluidized bed firing as Fly ash together with the flue gas again switched boiler is supplied.

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.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that as bed material for the fluidized bed firing coarse-grained fly ash from the electrostatic precipitator egg Nes coal power plant is used.

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.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized ge indicates that the waste materials or the mixtures from coal and waste in the fluidized bed at least partially only partially oxidized and that the carbon monoxide formed during the partial oxidation in a downstream furnace at temperatures is burned to carbon dioxide above 900 ° C.