DE4442136C2 - Verfahren zur Verbrennung von fossilem Brennstoff und Abfall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von fossilem Brennstoff und Abfall, bei dem der fossile Brennstoff in einer Großkesselanlage eines Kraftwerks und der Abfall in einer als Satellitenfeuerung zur Großkesselan­ lage ausgebildeten Abfallverbrennungseinrichtung verbrannt und in der Abfallverbrennungseinrichtung anfallendes Rauchgas in die Großkesselanlage eingeleitet wird.

Aus der DE 42 26 632 C1 ist eine Abfallverbrennungseinrich­ tung bekannt, bei der der zu verbrennende Abfall auf einem Verbrennungsrost verbrannt wird. Dem Verbrennungsrost ist ein Aufgabe- bzw. Trocknungsrost vorgeschaltet, durch den hindurch die bei der Verbrennung des Abfalls auf dem Verbrennungsrost anfallenden Rauchgase gesaugt werden, um den dort vorhandenen Müll bzw. Abfall zu trocknen. Die durch den Aufgaberost ge­ saugten Rauchgase werden dann unter Mischung mit Frischluft in die Unterwindzonen des eigentlichen Verbrennungsrostes eingeleitet.

Die DE 34 00 976 A1 zeigt ein Verfahren zur umweltfreundlichen Müllbeseitigung, bei dem der anfallende Müll zunächst in einem Müllentgasungsreaktor entgast wird. Bei diesem Entgasungspro­ zeß fallen Schwelgas und Schwelkoks an. Sowohl das Schwelgas als auch der Schwelkoks werden in einer dem Müllentgasungs­ reaktor nachgeschalteten Wirbelbettfeuerung verbrannt, wobei Schwelgas sowohl oberhalb als auch unterhalb der eigentlichen Wirbelbettfeuerungszone eingeleitet wird. In einem der Wir­ belbettfeuerung nachgeschalteten Kesselteil mit einem Wärme­ tauscher wird dem in der Wirbelbettfeuerung anfallenden Rauch­ gas Wärme entzogen. Das derart abgekühlte Rauchgas wird in einen Kraftwerkskessel weitergeleitet.

In der DE 36 26 106 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Abfall teilweise in einen Pyrolysereaktor eingegeben und teilweise unmittelbar in eine Müllverbrennungsanlage eingege­ ben wird. In dem Pyrolysereaktor werden nur bestimmte Abfall­ sorten, z. B. öldurchtränktes Erdreich, behandelt. Die in dem Pyrolysereaktor anfallenden Gase werden entweder so wie sie anfallen in die Feuerung der Müllverbrennungsanlage einge­ leitet, oder zunächst vorverbrannt und dann in den Rauch­ gasabzug der Feuerung eingeführt.

Die DE 33 38 478 A1 beschreibt ein Verfahren zur Abfallbe­ seitigung, bei dem der Abfall in einem Schachtofen thermisch behandelt wird. Im Schachtofen durchläuft das Abfallmaterial unterschiedliche Zonen, in denen es mit unterschiedlichen Tem­ peraturen beaufschlagt wird. Wahlweise ist es möglich, gemein­ sam mit dem Abfallmaterial Brennstoff in den Schachtofen ein­ zuführen. Der Schachtofen wird in unterschiedlichen Niveaus mit Zuluft beaufschlagt. Das bei dieser thermischen Verwer­ tung des Abfalls bzw. ggf. des Brennstoffs anfallende Gas wird mittels einer Ringkammer und einer Leitung aus dem Schachtofen abgezogen.

Aus der DE 37 33 831 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verbrennung von fossilem Brennstoff und Abfall bekannt, bei dem Kohle in Form von Kohlenstaub in einer Großkesselanlage verbrannt wird. Parallel zu der Großkesselanlage ist eine Sa­ tellitenfeuerung in Form einer Wirbelschichtfeuerung geschal­ tet, in der Müll bzw. Abfall in einem Wirbelbett verbrannt wird. Die in der Wirbelschichtfeuerung anfallenden Rauchgase werden durch eine Leitung in die Großkesselanlage eingelei­ tet.

Abgesehen davon, daß es sich bei der bei dem bekannten Ver­ fahren eingesetzten Wirbelschichtfeuerung um eine mit ver­ gleichsweise hohen Investitionskosten einhergehende Anlage handelt, ist es vom Funktionsprinzip der Wirbelschichtfeuerung her unumgänglich, daß dieser in aufwendiger Weise aufbereite­ tes Abfallmaterial eingegeben wird. Des weiteren funktioniert die Wirbelschichtfeuerung nur dann zufriedenstellend, wenn es sich bei dem in die Wirbelschichtfeuerung eingeführten Ab­ fallmaterial um eine heizwertreiche Fraktion desselben han­ delt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsge­ mäße Verfahren zur Verbrennung von fossilem Brennstoff und Abfall derart weiterzubilden, daß einerseits der technische Aufwand für die Abfallaufbereitung verringert ist und anderer­ seits zur Vermeidung von Hochtemperaturkorrosion die HCl-Konzentration in der Großkesselanlage unterhalb eines Grenz­ werts von ca. 400 mg/Nm3 liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Abfallverbrennungseinrichtung eine Rostfeuerung eingesetzt wird und daß die Großkesselanlage und die Rostfeuerung so betrieben werden, daß das in der Großkesselanlage anfallen­ de Rauchgas zu maximal 30% aus der Rostfeuerung und zu mi­ nimal 70% aus der Verbrennung des fossilen Brennstoffs stammt.

Durch den Einsatz einer Rostfeuerung anstelle einer Wirbel­ schichtfeuerung ist es möglich, anfallenden Abfall bzw. Müll nahezu unaufbereitet zu verwenden. Die Kosten für die Müll­ aufbereitung betragen im Vergleich zu dem Verfahren, bei dem eine Wirbelschichtfeuerung eingesetzt wird, maximal 50%. In den weitaus meisten Fällen sind sie noch erheblich ge­ ringer. Durch den Betrieb der Großkesselanlage bzw. der Rost­ feuerung in der Weise, daß maximal 30% des insgesamt an­ fallenden Rauchgases aus der Verbrennung von Abfällen und minimal 70% des insgesamt anfallenden Rauchgases aus der Verbrennung des fossilen Brennstoffs stammen, wird sicherge­ stellt, daß die für das Rauchgas von Kraftwerken geltenden gesetzlichen Bestimmungen eingehalten werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die bei der Rostfeuerung anfallenden toxi­ schen Bestandteile des Rauchgases, wie beispielsweise Dioxine, in der Großkesselanlage zu unschädlichen Stoffen zersetzt wer­ den. Darüber hinaus wird durch den vorstehend geschilderten Betrieb der Großkesselanlage bzw. der Rostfeuerung erreicht, daß die HCl-Konzentration in der Großkesselanlage unterhalb des Grenzwerts von ca. 400 mg/Nm3 bleibt. Bei hohen Tempera­ turen in der Großkesselanlage und einer Verweilzeit von mehreren Sekunden, die ohne weiteres eingehalten wird, wird ein vollständiger Ausbrand des CO und evtl. weiterer Pyro­ lyseprodukte erreicht. Die thermische Nutzung der im Abfall enthaltenen Wärmeenergie geschieht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem in Großkesselanlagen moderner Kraftwerke üblichen Prozeßwirkungsgrad, der mehrfach höher liegt als der Wirkungsgrad einer üblicherweise zur thermischen Verwer­ tung von Abfall eingesetzten, dem Stand der Technik entspre­ chenden Müllverbrennungsanlage. Die im Abfall enthaltene Pri­ märenergie ersetzt eine äquivalente Wärmemenge des für den Betrieb der Großkesselanlage vorgesehenen Brennstoffs, ganz gleich ob es sich um Kohle, Öl oder Gas handelt; hierdurch werden sowohl der Aufwand für den Brennstoff im Kraftwerk als auch die CO2-Emission des Kraftwerks reduziert, die bei der Erzeugung der gleichen elektrischen Energiemenge in einer Müllverbrennungsanlage entstehen würde, und zwar aufgrund der unterschiedlichen Prozeßwirkungsgrade, die im Falle einer dem Stand der Technik entsprechenden Müllverbrennungsanlage bei ca. 10 bis 15% und in einem modernen Kraftwerk bei ca. 35 bis 45% liegen. In dem vergleichsweise großen Feuerraum der Großkesselanlage ist ein guter Ausbrand bei hohen Verbren­ nungstemperaturen sichergestellt. Die im Falle des modernen Kraftwerks ohnehin vorhandene Rauchgasreinigungsanlage kann zur Absenkung der Schadstoffemission auch der aus der Abfall­ verbrennungseinrichtung stammenden Rauchgase eingesetzt wer­ den. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorrichtungskomponenten verwirklicht werden, die seit langem erprobt und somit sofort verfügbar und des weiteren bau­ kastenmäßig zusammensetzbar sind. Alternative Verfahren, z. B. das Schwelbrennverfahren, die Flugstromvergasung, Thermo­ select, sind als Alternativen im gewünschten großtechnischen Umfang noch nicht verfügbar.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abfallverbrennungseinrichtung unter­ stöchiometrisch gefahren.

Das in der Abfallverbrennungseinrichtung anfallende Rauch­ gas kann mit Primärluft der Großkesselanlage zusammengeführt und dann in die Großkesselanlage eingeführt werden.

Darüber hinaus ist es möglich, das in der Abfallverbrennungs­ einrichtung anfallende Rauchgas mit Sekundärluft der Groß­ kesselanlage zusammenzuführen und dann in die Großkesselan­ lage einzuführen.

Alternativ bzw. zusätzlich ist es möglich, in der Abfallver­ brennungsanlage anfallendes Rauchgas einer Mahltrocknung für den Brennstoff der Großkesselanlage zuzuführen und als Trä­ gergas für den gemahlenen und getrockneten Brennstoff in die Großkesselanlage einzuführen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen A bis D näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens dargestellt sind.

Parallel zu einer Großkesselanlage 8 bzw. zu einem großen Dampferzeuger werden eine oder mehrere Abfallverbrennungs­ einrichtungen 1 installiert, einschließlich der zugehörigen Entladeeinrichtungen, Bunker und Beschickungen 2. Die Ab­ fallverbrennungseinrichtungen 1 haben eine Luftzufuhr 3, einen Rost und eine ausgemauerte Sammelleitung 4 für das entstehende Rauchgas. Eine Wärmeauskopplung über einen eigenen kompletten Wasser-Dampf-Kreislauf mit Kessel und Turbine sowie eine Rauchgasreinigung für das aus dem Abfall entstehende Rauch­ gas ist nicht vorgesehen. Die Luftzufuhr 3 wird so einge­ stellt, daß ein Minimum an NOx entsteht. Dabei steigt der CO-Gehalt deutlich an. Die Rauchgastemperatur soll möglichst mehr als 1000 Grad C betragen.

Das Rauchgas der als Satellitenfeuerung zur Großkesselanlage 8 eingesetzten Abfallverbrennungseinrichtung 1 kann durch Einleitung in die Großkesselanlage 8 zur NOx-Reduzierung ge­ nutzt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Zeichnung A wird in der Abfall­ verbrennungseinrichtung 1, die als Rostfeuerung ausgebildet ist, eine unterstöchiometrische Verbrennung durchgeführt. Das entstehende Rauchgas wird durch die Sammelleitung 4 aus der Satellitenfeuerung bzw. der Abfallverbrennungseinrichtung 1 an geeigneter Stelle in die Großkesselanlage 8 eingeführt, um dort zu einer NOx-Reduzierung beizutragen. Die Abfall­ verbrennungseinrichtung 1 und die Großkesselanlage 8 werden so betrieben, daß das die Großkesselanlage 8 verlassende Rauchgas zu maximal 30% aus der Abfallverbrennungseinrich­ tung 1 und zu minimal 70% aus der Verbrennung von der Groß­ kesselanlage 8 zugeführtem fossilen Brennstoff stammt.

Bei der in Zeichnung B gezeigten Ausführungsform wird das aus der unterstöchiometrischen Verbrennung in der als Rostfeuerung ausgebildeten Abfallverbrennungseinrichtung 1 stammende NOx-arme Rauchgas durch die Sammelleitung 4 in eine Sekundärluft­ zufuhr 5 der Großkesselanlage eingeführt und dort zur Vor­ wärmung der Sekundärluft der Großkesselanlage 8 genutzt.

Zeichnung C zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das aus der unterstöchiometrischen Ver­ brennung in der als Rostfeuerung ausgebildeten Abfallver­ brennungseinrichtung 1 stammende NOx-arme Rauchgas durch die Sammelleitung 4 in eine Primärluftzufuhr 6 der Großkesselan­ lage 8 eingeführt und dort zur Vorwärmung der Primärluft der Großkesselanlage 8 genutzt wird.

Bei der in Zeichnung D gezeigten Ausführungsform wird das aus der unterstöchiometrischen Verbrennung in der als Rost­ feuerung ausgebildeten Abfallverbrennungseinrichtung 1 stam­ mende NOx-arme Rauchgas durch die Sammelleitung 4 in eine Kohlezufuhr 10 einer Mahl- und Trocknungsanlage 7 eingeführt und für den in der Mahl- und Trocknungsanlage 7 erzeugten Kohlenstaub als Trägergas für den Transport in die Großkes­ selanlage 8 genutzt.

Die unterstöchiometrische und damit unvollkommene Verbrennung in der als Rostfeuerung ausgebildeten Abfallverbrennungsein­ richtung 1 bewirkt jeweils einen erhöhten Gehalt an Unver­ branntem in der in der Abfallverbrennungseinrichtung 1 an­ fallenden Asche. Diese wird durch eine Abfuhr 9 aus der Ab­ fallverbrennungseinrichtung 1 ab- und einer kleinen Aufberei­ tungsanlage 11 zugeführt, in der sie mittels eines Metallab­ scheiders von Eisen befreit, grob gesiebt und anschließend gebrochen wird. Die erforderliche Korngröße richtet sich nach den Anforderungen der vorhandenen Mahl- und Trocknungsanlage 7, stromauf derselben die gebrochene Asche der Kohlezufuhr 10 zur Mahl- und Trocknungsanlage 7 aufgegeben wird. Danach erfolgt in der Mahl- und Trocknungsanlage 7 die Feinmahlung der gebrochenen Asche zusammen mit der Kohle.

Bei nachhaltigem Anstieg des Verschleißes der Mahlwerkzeuge der Mahl- und Trocknungsanlage 7 durch die Schlacke- bzw. Aschezugabe oder bei der Verbrennung von flüssigen oder gas­ förmigen Brennstoffen wird eine separate, kleine Aschemühle installiert und die gemahlene Asche pneumatisch in die Brenn­ kammer der Großkesselanlage 8 gefördert.

Sowohl die Flug- als auch die Grobasche des Abfalls werden auf diese Art ausgebrannt und der Kesselasche beigemischt; sie brauchen nicht deponiert zu werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbrennung von fossilem Brennstoff und Abfall, bei dem der fossile Brennstoff in einer Großkessel­ anlage (8) eines Kraftwerks und der Abfall in einer als Sa­ tellitenfeuerung zur Großkesselanlage (8) ausgebildeten Ab­ fallverbrennungseinrichtung (1) verbrannt und in der Abfall­ verbrennungseinrichtung (1) anfallendes Rauchgas in die Großkesselanlage (8) eingeleitet wird, dadurch gekennzeich­ net, daß als Abfallverbrennungseinrichtung eine Rost­ feuerung (1) eingesetzt wird und daß die Großkesselanlage (8) und die Rostfeuerung (1) so betrieben werden, daß das die Großkesselanlage (8) verlassende Rauchgas zu maximal 30% aus der Rostfeuerung (1) und zu minimal 70% aus der Verbrennung des fossilen Brennstoffs stammt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abfallverbrennungs­ einrichtung (1) unterstöchiometrisch gefahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in der Abfall­ verbrennungseinrichtung (1) anfallendes Rauchgas mit Primär­ luft der Großkesselanlage (8) zusammengeführt und in die Großkesselanlage (8) eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in der Abfallverbrennungseinrichtung (1) anfallendes Rauchgas mit Sekundärluft der Großkesselanlage (8) zusammengeführt und in die Großkesselanlage (8) eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in der Abfallverbrennungsanlage (1) anfallendes Rauchgas einer Mahltrocknung (7) für den Brennstoff der Großkesselanlage (8) zugeführt und als Trägergas für den gemahlenen und ge­ trockneten Brennstoff in die Großkesselanlage (8) einge­ führt wird.