DE69309636T2

DE69309636T2 - Vorrichtung und Verfahren für thermische Zerstörung von sauren Substanzen in Rauchgasen

Info

Publication number: DE69309636T2
Application number: DE69309636T
Authority: DE
Inventors: Luis I-16149 Genova Frontini; Maria Luisa I-15059 Volpedo - Alessandria Pelizza; Francesco I-16016 Cogoleto - Genova Repetto
Original assignee: Finmeccanica SpA
Current assignee: Leonardo SpA
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2013-12-22
Also published as: EP0605041A1; DK0605041T3; EP0605041B1; DE69309636D1; US5503089A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Anordnung zum Heißneutralisieren der (des) sauren Inhaltsstoffe oder Säuregehalts von Rauchgasen oder Prozeßgasen, wie sie jeweils von Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken und industriellen Prozeßanlagen entlassen werden, sowie ein entsprechendes Neutralisierungsverfahren.
Es ist bekannt, daß ein Hauptproblem heutiger industrieller Gemeinschaften in der Entsorgung von festem Stadt- bzw. Hausmüll (RSU), sauren Rauch- oder Abgasen von thermoelektrischen Kraftwerken bzw. Wärmekraftwerken, die Brennstoffe mit einem erheblichen Schwefelgehalt verbrennen, und schädlichem, toxischem Abfall (RTN) von industriellen Prozessen besteht, die wegen ihrer geringen Bioabbaubarkeit und/oder toxischen Natur weder in die Umgebung (Umwelt) entlassen noch in Mülldeponien abgelagert werden können.
Die extensive Verwendung von Kunststoffen, synthetischen Gummis, industriell hergestellten Farben bzw. Lacken und Farbstoffen sowie Verbundmaterialien hat dieses Problem noch dramatischer gemacht und eine Zuflucht zu Möglichkeiten zum Aufbrechen der Molekularstruktur solcher Stoffe, hauptsächlich durch Wärmeeinwirkung/Verbrennung, und zum Reduzieren der Stoffe zu elementaren Substanzen mit einfachen Molekularstrukturen dringend notig gemacht.
Der Prozeß wird in Verbrennungsanlagen durchgeführt, in denen die Heterogenität der meist brennbaren, zu verbrennenden Materialien bzw. Stoffe genutzt wird, um eine mit externem Brennstoffbeitrag vorgenommene erste Verbrennung zu speisen, bei welcher das Rauchgas Temperaturen in der Größenordnung von über 950ºC erreicht, wodurch die Zersetzung der im Rauchgas enthaltenen flüchtigen Stoffe und Pulver (Stäube) sichergestellt wird.
Die im Verbrennungsprozeß erzeugte Wärme wird vorzugsweise über Dampferzeugungskessel und (Wärme-)Tauscher rückgewonnen und an Verbraucher verschiedener Arten verteilt.
Rauchgase können jedoch nicht unkontrolliert in die Atmosphäre entlassen werden, weil sie beträchtliche Mengen an sauren Substanzen wie HCl, HF und SO&sub2; enthalten.
Ein ähnliches Problem ergibt sich bei thermoelektrischen Kraftwerken bzw. Wärmekraftwerken, bei denen die Verwendung von Brennstoffen wie Kohle, Lignite und Kohlenwasserstoffe, die Schwefel in nicht vernachlässigbaren Mengen enthalten können, in der Entlassung von Rauchgasen resultiert, die einen hohen SO&sub2;-Gehalt aufweisen.
Es ist daher zwingend notwendig, die im Rauchgas enthaltenen sauren Substanzen zu neutralisieren, bevor das Rauchgas in die Atmosphäre entlassen wird.
Die Neutralisierung erfolgt in voluminösen und kostenaufwendigen Riesel türmen.
Aufgrund der niedrigen Betriebstemperaturen (< 100ºC) stellen diese die letzte Komponente vor dem Kamin bzw. der Esse dar, so daß die Gesamtanlage mit Rauchgasen durchspült wird, die mit sauren Substanzen beladen sind, was auch zu ernsthaften Korrosionsauswirkungen insbesondere am Rohrbündel des Kessels führt.
Das Riesel- oder Waschwasser muß außerdem zur Trenung der sauren Substanzen behandelt werden, um im Fall von Rieselwasser-Offenstromsystemen deren Austritt in die Umgebung zu verhindern oder im Fall von Systemen mit geschlossenem Kreislauf die Riesel- bzw. Waschflüssigkeiten zu sattigen.
Dieser Prozeß ist um so kostenaufwendiger und die betreffende Ausrüstung ist um so voluminöser bzw. massiger, je höher die Durchsatzmenge der behandelten Rauchgase ist.
Herkömmliche Verbrennungsanlagen und thermoelektrische Kraftwerke (d.h. Wärmekraftwerke) sind daher mit großem Volumen und hohen Kosten behaftet und einer schnellen Beeinträchtigung oder Verschlechterung unterworfen, so daß sie neben ständiger sorgfältiger Wartung auch einer häufigen Überholung bedürfen.
Letzere kann selbstverständlich nur bei abgeschalteter und kalter Anlage durchgeführt werden, was längere Stillstandzeit bedingt; wenn während dieser Zeit ein Ansammeln des Abfallmaterials (Mülls) vermieden werden soll, muß dieses (dieser) mit zusätzlichen Transportkosten zu Reserveanlagen umgeleitet werden, oder es müssen mehrere Verbrennungsanlagen vorgesehen werden, die nacheinander abgeschaltet werden können.
Es ist verschiedentlich versucht worden, diese Mängel durch Vornahme einer Heißneutralisierung des Säuregehalts von Rauchgasen durch Direkteinspritzung eines Sorptionsmittels bzw. Sorbens in den oberen Abschnitt eines Ofens durch Vor(ver)mischen von Kohle mit dem Sorbens und sogar durch Sorbenseinspritzung "in den Brenner" auszuschalten.
Das Dokument "HEAT ENGINEERING", Vol (Band) 52, Nr. 1, 1985, New Jersey, USA, S. 10-16: VATSKY, et al.: "Limestone injection with an internally staged bw NOx coal burner", berichtet über die Einschränkung bei der Direkteinspritzung und beim Vormischen und gibt an, daß die Einspritzung oder Einführung von Sorbens in den Brenner bezüglich ihrer Wirksamkeit vielversprechender zu sein scheint.
Insbesondere wird vorgeschlagen, Kalksteinpulver in den Sekundärluftstrom von Kohlebrennern mit Primärluft- und Sekundärlufteinlässen einzuspritzen (einzuführen).
Bei diesem Vorgehen wird die Abfangrate der sauren Substanzen im Vergleich zu den anderen, angegebenen Vorgehen erhöht. Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, daß ein Totbrennen der kalzinierten Kalksteinteilchen vermieden wird, weil der Kalkstein nicht die Hochtemperatur-Flammenhülle passiert, wie dies beim Vormischen von Sorbens mit Kohle der Fall ist.
Zudem wird ein besseres Vermischen der Sorbensteilchen mit Ofengasen als im Fall der direkten Sorbensinjektion in den oberen Ofenteil erzielt, und zwar mit einer erheblichen Senkung des zur Erzielung eines vorbestimmten Neutralisierungsverhältnisses erforderlichen Molverhältnisses Sorbens/saure Substanz (en).
Dieses Vorgehen ist eindeutig durchführbar in Wärmeanlagen mit Kohlebrennern unter Verwendung von Primär- und Sekundärluftströmen, sowie dann, wenn die Menge der zu neutralisierenden sauren Substanzen an die zu verbrennende Brennstoffmenge gekoppelt bzw. davon abhängig ist, so daß die Sorbenszufuhrmenge von der Wärmebelastung oder -last der Anlage abhängig gemacht werden kann; es ist jedoch für andere Anlagenarten ungeeignet, z.B. für Verbrennungsanlagen, bei denen der Säuregehalt des Rauchgases auf der Heterogenität der verbrannten Abfallstoffe beruht und daher unvorherbestimmbar ist.
Die geschilderten Mängel und Einschränkungen des Stands der Technik werden durch die der vorliegenden Erfindung entsprechende Anordnung zum Heißneutralisieren des Säuregehalts von Rauchgasen ausgeräumt, welche Anordnung für eine Neutralisierung der sauren Substanzen bereits von der Nachverbrennungsstufe, während das Rauchgas seine höchste Temperatur besitzt, d.h. stromauf des Regenerativ-Kessels und der anderen Anlagenbauteile, sorgt und gleichzeitig die Dosierung der für Neutralisierung benutzten basischen Substanz entsprechend dem Säuregrad des Rauchgases erlaubt.
Die erzielbaren Vorteile sind folgende:
- Herabgesetzter Gehalt an sauren Substanzen in dem in die Atmosphäre entlassenen Rauchgas deshalb, weil die Neutralisierreaktion effizienter bzw. wirkungsvoller ist und hauptsächlich in einem warmen Zustand (an bzw. in der Nachverbrennungsstufe in Verbrennungsöfen) und kontinuierlich über die gesamte Strömungsstrecke des Rauchgases herbeigeführt wird; dies steht im Gegensatz zur herkömmlichen Neutralisierreaktion, die in den Rieseltürmen und daher in einem kalten Zustand sowie in einer begrenzten Sektion der Rauchgas-Strömungsstrecke erfolgt;
- verbesserte Wärmeausbeute vom Anlagenzyklus oder -kreislauf zur Erzeugung von elektrischem Strom oder für Wärmerückgewinnung, weil die gesamte, bisher nicht genutzte Rauchgasenthalpie genutzt werden kann, um damit den Betrieb bei Temperaturen zu vermeiden, welche die Naßkorrosionswirkung der Säuren begünstigen würden;
- herabgesetzte Trocken- und Naßkorrosionserscheinung sowohl beim Regenerativ-Kessel als auch bei den anderen, diesem nachgeschalteten Systemen oder Anlagen;
- verringerte Größe der Rieseltürme, die so bemessen werden können, daß sie gerade (noch) restliche saure Substanzen neutralisieren;
- mögliche Verwendung, als basische Substanzen, von leicht verfügbaren Mineralsalzen, wie Kalk, Kalzium-, Magnesium- und Natriumcarbonaten und -bicarbonaten, einschließlich löslicher Substanzen, als die basischen Substanzen.
Erfindungsgemäß werden diese Vorteile durch eine Anordnung geboten, die einen Brenner zur Erzeugung von Sekundärrauchgas von der Reaktion eines Brennstoffs mit einem Verbrennungsträger oder -förderer mit begleitender Entstehung einer Flamme in einer Brennkammer sowie Mittel zum Austragen, d.h. Einführen einer basischen Substanz entweder in Pulveroder Lösungsform in die entstehende Flamme verwendet, wobei das so mit der basischen Substanz, die zumindest teilweise verdampft ist, angereicherte Sekundärrauchgas mit dem Rauchgas oder dem Prozeßgas vermischt wird und die darin enthaltenen sauren Substanzen neutralisiert.
Die Strömungs- bzw. Durchsatzmenge (flow rate) der eingeführten basischen Substanz wird in Anpassung an den Säuregrad des Rauchgases dosiert bzw. eingestellt.
Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine spezielle, mit sehr hoher Temperatur arbeitende Art eines (einer) Grund-Brenners oder -Verbrennungseinheit benutzt.
Die Verbrennungseinheit (combustor) bildet eine die Verbrennungsflamme einschließende Kammer, die über eine konvergente Beschleunigungsdüse mit der Nachverbrennungskammer der Verbrennungs/Wärme(kraft)anlage in Verbindung steht.
Die Grund-Verbrennungseinheit wird im Vergleich zur Nachverbrennungskammer mit höherer Temperatur betrieben, so daß der Druck des aus der Einschlußkammer austretenden Hochtemperaturgases, das in die Nachverbrennungskammer eintritt, in kinetische Energie umgesetzt wird, um einen Strahl von Hochgeschwindigkeitsgas entstehen zu lassen, der tief in das Rauchgas eindringt und sich mit diesem mit einer Turbulenzbewegung vermischt.
Die Neutralisierungsreaktion ist daher auch im Fall sehr großer Nachverbrennungskammern gleichmäßig durch das Rauchgasvolumen verteilt.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer dem Stand der Technik entsprechenden Verbrennungsanlage,
Fig. 2 eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer dieser Erfindung entsprechenden Verbrennungsanlage mit einer Anordnung zum Heißneutralisieren der
(des) sauren Anteile bzw. Säuregehalts von Rauchgasen,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Verbrennungsofen für die Anlage nach Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Blockdiagrammdarstellung eines Wärmekraf twerks (thermal plant) mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Heißneutralisierung der sauren Anteile von Rauchgasen und
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch einen Verbrennungsofen für die Anlage nach Fig. 2, ausgerüstet mit einer eine Flammeneinschlußkammer festlegenden, mit sehr hoher Temperatur arbeitenden Grund-Verbrennungseinheit.
Zum besseren Verständnis der Erfindung veranschaulicht Fig. 1 in schematischer Blockdiagrammform eine bisherige Verbrennungsanlage, umfassend eine Verbrennungs - oder Brennkammer 1, eine Nachverbrennungskammer 2, einen Regenerativ-Kessel 3, einen Satz von elektrostatischen Filtern 4, einen Rieselturm 5 mit zugeordnetem Behandlungssystem für Abwässer 6 sowie eine(n) Kamin oder Esse 7 zum Abführen von Rauchgasen zur Atmosphäre.
Die Kammer 1 wird mit einem Luftstrom 8 und festem Stadtmüll (RSU) 9 beschickt, der verbrannt wird, um die Kammertemperatur auf etwa 800ºC zu bringen.
Der hauptsächlich aus inerter Schlacke bestehende feste Rückstand wird entweder auf Mülldeponien entsorgt oder für Rückgewinnung durch mögliche Anwendung selektiver Prozesse behandelt.
Das mit beträchtlichen Mengen an Dämpfen und unverbrannten Stoffen beladene Rauchgas wird in die Nachver brennungskammer 2 geleitet, zu der mehrere Brenner 10, 11 Luft A und Brennstoff F (üblicherweise ein Gas oder Dieselöl) in einem geeigueten Verhältnis zuführen, welches bei der Verbrennung die Rauchgastemperatur auf über 950ºC bringt und damit zur Zersetzung bzw. Aufspaltung der Dämpfe und Teilchenstoffe und zur Bildung elementaren Substanzen, Anhydriden und Säuren führt, die zu einem großen Teil ionisiert und besonders (particularly) aktiv sind.
Das heiße Rauchgas durchströmt einen Regenerativ- bzw. Speicher-Kessel 3 unter Übertragung eines Teils seines Wärmegehalts auf ein Austauschfluid, üblicherweise Wasser, das in einen Dampfzustand überführt wird.
Durch diesen Wärmeaustausch wird die Temperatur des Rauchgases auf Werte nahe bei, aber nicht unter 200ºC gebracht, um eine Dampfkondensationserscheinung zu vermeiden, welche die korrodierende Wirkung des Rauchgases verstärken würde.
Das Rauchgas wird sodann durch elektrostatische Filter 4, in denen die pulverisierten Feststoffe und die darin enthaltenen Ionen vorerst abgefangen werden, und danach durch einen Rieselturm 5 geleitet, der mit Wasser und löslichen basischen Substanzen, üblicherweise pulverisierter ungelöschter Kalk (quicklime) (CaO) oder Calciumhydroxid (Ca(OH)&sub2;), beschickt wird.
Die im Rauchgas und seinen Kondensaten enthaltenen sauren Substanzen werden im Rieselturm gelöst und mit den darin enthaltenen basischen Substanzen unter Bildung von Salzen umgesetzt.
Auf diese Weise werden die sauren Substanzen in einem im wesentlichen kalten Zustand und in wäßriger Phase abgefangen (trapped); der Prozeß erfordert eine anschließende Behandlung der Wasch- oder Rieselwässer in Systemen 6 zum Ausfällen und Abtrennen der darin gelösten Salze.
Das gereinigte Rauchgas, das einen annehmbaren sauren Substanzrückstand enthält, wird dann über eine(n) Kamin oder Esse 7 in die Atmosphäre entlassen.
Aus vorstehenden Ausführungen kann entnommen werden, daß der Prozeß der Neutralisierung saurer Substanzen primär im Rieselturm 5 stattfindet und daß der Kessel 3 sowie die elektrostatischen Filter 4 dem korrodierenden Angriff der sauren Substanzen ausgesetzt sind; dies findet unweigerlich nicht nur im Naßzustand, sondern zu einem bestimmten Grad auch im Trockenzustand statt.
Um eine Kondensationserscheinung und damit einhergehenden Naßkorrosionsangriff zu vermeiden, sollte ferner die Temperatur des aus dem Kesselbereich austretenden und in die Filter 4 eintretenden Rauchgases nicht niedriger als 200ºC sein, was eine beträchtliche Vergeudung des Wärmegehalts mit sich zieht.
Schließlich erfolgt das Beseitigen (killing) der sauren Substanzen praktisch in einem kalten Zustand und in wäßriger Phase, d.h. mit begrenztem Wirkungsgrad, und mit der Notwendigkeit für lösliche basische Substanzen als Reaktionsteilnehmer, wie Calciumoxid, die dann hydratisiert werden, oder Kalkmilch.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Abfall- bzw. Müllverbrennungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Heißabfangen der sauren Anteile von Rauchgasen; ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt deutlich die innovativen Merkmale der Anord nung auf.
Gemäß Fig. 2 wird das die Brennkammer 1, welche der Brennkammer 1 nach Fig. 1 gleich ist, verlassende heiße Rauchgas (primäre Rauchgas) in eine Nachverbrennungskammer 2 geleitet.
Der Nachverbrennungskammer 2 wird zusätzlich zum primären Rauchgas auch ein sekundäres Rauchgas von einem oder mehreren Brennern, von denen nur einer bei 12 gezeigt ist, zugespeist.
Im Gegensatz zu gewöhnlichen Brennern ist der Brenner 12, wie in Fig. 3 deutlich dargestellt, nicht nur mit einer herkömmlichen Einrichtung zum Austragen bzw. Einführen eines Brennstoffs F (z.B. einem Flüssigbrennstoffzerstäuber 13 für Brenn- bzw. Heiöl oder Dieselöl), der von einer in Druck/- Durchsatzmenge variablen Pumpe 14 zugespeist werden soll, und einem Mittel (Düse 15) zum Austragen bzw. Einführen eines Verbrennungsgases A, üblicherweise Druck- oder Blasluft, sondern auch mit einer Einrichtung zum Einführen (discharging) einer basischen Substanz (BS), allgemein bestehend aus einer Blas- oder Injektionsdüse 16, die zweckmäßig angeordnet ist, um die basische Substanz zu einem heißen Bereich 17A der aus dem Brenner austretenden Flamme 17 zu fördern, versehen.
In einer Ausführungsform wird in der Beseitigungsanordnung, die als trocken betriebene Anordnung betrachtet werden kann, die in einem Vorratsbehälter 18 gespeicherte, pulverisierte basische Substanz durch eine Schnecke 20, die durch einen Motor 19 angetrieben wird, zur Düse 16 gefördert.
Die Düse 16 wird auch mit einem Einschluß- oder Mitführgas, wie Druckluft, gespeist, welches das basische Pulver in Richtung auf die Flamme 17 bläst, um damit ein Verstopfen der Düse 16 zu verhindern und dem aus der Düse austretenden Pulver eine zweckmäßige Geschwindigkeit zu erteilen.
Die pulverisierte basische Substanz kann zweckmäßig eine mineralische Verbindung, wie CaCO&sub3;, MgCo&sub3;, CaMg(CO&sub3;)&sub2; in Pulverform, oder Calciumoxid (CaO) sein.
Die vergleichsweise hohe, in der Größenordnung von 1600 - 180ºC liegende Temperatur der Flamme macht das basische Pulver besonders aktiv, und zwar auch wegen der Zersetzung des Minerals und der Bildung von stark ionisierten Alkalioxiden.
Das so aktivierte Pulver wird, während es sich in einem heißen Zustand befindet, durch Turbulenz mit der sauren Komponente des Rauchgases kontaktiert, so daß diese unter Bildung neutraler Salze neutralisiert wird.
In einer zweiten Ausführungsform der Neutralisieranordnung, die als naß betriebene Anordnung angesehen werden kann, wird die lösliche, in Wasser gelöste basische Substanz, ggf. für erhöhte Löslichkeit erwärmt, in die Düse 16 - einen Injektor in diesem Fall - mittels einer Durchsatzmengenregel- Förderpumpe anstelle einer Schnecke eingeführt.
In diesem Fall kann die basische Substanz zweckmäßig Kalkmilch, Natriumcarbonat oder -bicarbonat oder eine andere basische Substanz sein, die Ionen von Alkali oder Erdalkalimetallen zu liefern vermag.
Die hohe Temperatur der Flamme bewirkt ein Verdampfen der Lösung, wobei die darin enthaltene basische Substanz aktiviert und stark ionisiert wird, um dann das saure Rauchgas durch Vermischen mit ihm zu neutralisieren.
Die Versalzungsreaktion läuft innerhalb der Grenzen des Reaktionsgleichgewichts bei der hohe Temperatur des Rauchgases, die 900ºC übersteigen kann, besonders schnell ab.
Als Ergebnis strömt das Rauchgas am Rohrbündel des Regenerativ-Kessels vorbei, wobei seine korrodierende Wirkung stark gedämpft, wenn nicht vollständig unterdrückt wird und mit sinkender Temperatur abnimmt (tapers out), wodurch die Entstehung von sauren Kondensaten vermieden wird.
Infolgedessen kann der Wärmerückgewinnungsprozeß wesentlich effektiver durchgeführt werden, indem im Rauchgasströmungsweg gemäß Fig. 2 ein Regenerativ-Kessel 3, gefolgt von einem Vorerhitzer-Austauscher 3A für das Kesselspeisewasser und/oder die der Anlage zugespeiste Verbrennungsluft vorgesehen wird.
Das Rauchgas, das auf eine Temperatur unter 100ºC gekühlt (worden) sein kann, wird dann durch staubsammelnde elektrostatische Filter 4 geleitet, in denen die Salze von der Säureanteil-Neutralisierungsreaktion zum großen Teil niedergeschlagen werden, und strömt daraufhin durch einen Rieselturm 5, der - weil die sauren Substanzen stromauf von ihm weitgehend, wenn nicht vollständig neutralisiert worden sind - eine stark verringerte Kapazität besitzen oder im Extremfall vollständig weggelassen werden kann; ebenso weggelassen werden können die Zugabe der basischen Substanzen im kalten Zustand und die Wasch- oder Rieselwasserbehandlung.
Um z.B. die Restsäure zu neutralisieren, ist es gemäß Fig. 2 möglich, zusätzliche basische Substanz in Pulver- oder wäßriger Lösungsform in einer mittleren Zone des warmen Rauchgasstroms, z.B. zwischen Regenerativ-Kessel 3 und Vorwärmer-Austauscher A3, einzugeben.
Die zusätzliche basische Substanz kann über eine Leitung 3B, ggf. mit geregelter Durchsatzmenge, in Abhängigkeit von der gemessenen Restsäure oder -azidität eingegeben werden.
Ersichtlicherweise sollen die Blockdiagramme der Fig. 1 und 2 das Gesamtkonzept lediglich beispielhaft verdeutlichen, wobei keine eindeutige Trennung zwischen der Brennkammer, der Nachverbrennungskammer und dem Regenerativ-Kessel besteht, da alle diese Einheiten, wie in Fig. 3 schematisch veranschaulicht, zu einer einheitlichen Struktur zusammengefaßt sein oder werden können.
Gemäß Fig. 3 wird fester Stadtmüll (RSU) über eine Austrag- bzw. Beschickungsöffnung 20 in den Ofen geladen und durch periodische Betätigung eines Steuer-Schiebers 21 auf einen bewegbaren Zufuhrrost 21 abgeworden, durch den hindurch dem Ofen Verbrennungsluft von einem Gebläse 23 her zugespeist wird.
Die Verbrennungsschlacke wird in einer Grube 24 gesammelt.
Eine zweckmäßig isolierte Verbrennungs- oder Brennkammer ist oberhalb des Rost 22 geformt; ihr Bodenabschnitt bildet die eigentliche Brennkammer, während ihr oberer Abschnitt die genannte Nachverbrennungskammer bildet.
Ein oder mehrere Brenner der vorher beschriebenen Art, von denen einer im Schnitt und gegenüber dem Rest der Anlage in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, liefern die basische Substanz an der Flamme 17 in die Nachverbrennungskammer.
Das von der mit der basischen Substanz versetzten Verbrennungsflamme 17 resultierende sekundäre Rauchgas wird mit dem primären Rauchgas 26 vermischt, um dadurch dessen Säuregehalt zu neutralisieren.
Das gemischte Rauchgas strömt dann im Gegenstrom durch einen Regenerativ-Kessel (durch zwei zylindrische, durch ein Rohrbündel 31 verbundene Körper 29, 30 dargestellt); das gekühlte Rauchgas tritt hierauf aus dem Regenerativ-Kessel aus und wird, möglicherweise mit Unterstützung durch Sauggebläse, zum elektrostatischen Filter und zum Rieselturm (nicht dargestellt) ausgetragen bzw. abgeführt.
Bei herkömmlichen Verbrennungsanlagen erfordert der Wirkungsgrad der Säureneutralisierungsreaktion, die reduziert und zu einem gewissen Grad unvorherbestimmbar ist, daß die basischen Substanzen - bezogen auf stöchiometrisches Verhältnis - in erheblich größeren Mengen als für die Neutralisierung der Rauchgase notig eingesetzt werden, so daß etwaige Regelsysteme praktisch unwirksam und unbrauchbar sind.
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungsanordnung ermöglicht andererseits der hohe Wirkungsgrad der Neutrahsierungsreaktion eine Dosierung des Austrags bzw. der Zugabemenge (discharge) der basischen Substanzen in Anpassung an den Säuregrad der Rauchgase, speziell an ihren HCl-Gehalt.
Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, werden gemäß diesem weiteren Merkmal der Erfindung mittels einer in die Nachverbrennungskammer, vorzugsweise stromauf des Brenners 12, eingesetzten Sonde 32 kontinuierlich Proben des Rauchgases entnommen und die Proben über ein Kühlelement 33 zu einem herkömmlichen Analysiergerät 34 geliefert, das ein die Konzentration von HCl und etwaigen anderen sauren Substanzen angebendes Signal liefert.
Ein Sauggebläse 35 gewährleistet die richtige Strömungsbzw. Durchsatzmenge an Rauchgasprobe zum Analysiergerät
Das Ausgangssignal vom Analysiergerät 34 wird von einer Regeleinheit 36 abgenommen, welche die Durchsatzmenge der basischen Substanzen durch Einwirkung auf den Motor 19 entsprechend dem im Rauchgas detektierten Säurepegel und ggf. seiner detektierten Strömungs- bzw. Durchsatzmenge, sofern diese variiert, moduliert.
Damit kann ein wirksames Regelsystem realisiert werden, das ein besonders schnelles Ansprechen gewährleistet.
Obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf Müllbzw. Abfallentsorgungs- oder -vernichtungsanlagen bezieht, ist die Erfindung auch auf Wärmekraftwerke und im allgemeineren Sinn auf Wärmeerzeugungsanlagen anwendbar.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Wärmekraftwerk, das die Anordnung gemäß dieser Erfindung verwendet.
Ein Brennstoff F (fest oder flüssig, wie Kohle, Lignit, Heizöl) und ein Verbrennungsträger A (Luft) werden in einem geeigueten (Mischungs-)Verhältnis in eine Brennkammer 50 eingeführt (discharged), um eine Flamme zu erzeugen.
Über einen Diffusor/Injektor 51, der mit einer der Einführdüsen für Brennstoff/Verbrennungs träger integriert sein kann, wird der Flamme eine basische Substanz BS zugesetzt, um eine etwaige Azidität des Rauchgases unmittelbar von der Verbrennungsstufe zu neutralisieren.
Das heiße Rauchgas wird durch einen Regenerativ-Kessel 52 geleitet, um seinen Wärmegehalt auf ein Austauschfluid zu übertragen, und sodann durch einen Satz von Filtern 53 und einen Rieselturm 54 geführt, um letztlich über eine Esse 55 in die Atmosphäre abgeführt zu werden.
Bei thermoelektrischen Anlagen bzw. Wärme(elektrizitäts)kraftwerken hängt die Azidität des Rauchgases von dem verbrannten Brennstoff (im wesentlichen seinem Schwefelgehalt) ab; die Eigenschaften des Brennstoffs sind im allgemeinen im voraus bekannt und ändern sich gewöhnlich nur sehr langsam zeitabhängig, und zwar grundsätzlich aufgrund von Änderungen zwischen (verschiedenen) Losen der Brennstofflieferungen.
Die Neutralisierung des Rauchgassäuregehalts erfordert daher keine Regelschleife und kann mit guter Annäherung durch Dosierung bzw. Einstellung der Durchsatzmenge der basischen Substanzen in Anpassung an den vom Lieferanten angegebenen Schwefelgehalt des Brennstoffs bewerkstelligt werden.
Eine genaue Regelung kann auch mittels einer Regelschleife durchgeführt werden, bei der eine Probe des Rauchgases stromab der Filter 53 (mittels eines Sauggebläses 56) abgenommen und diese Probe nach ihrem Abkühlen mittels eines Kühlers 57 in einem Analysiergerät 58 analysiert wird, um die Azidität bzw. den Säuregehalt des Rauchgases zu bestimmen.
Die Aziditäts- bzw. Säuregradanzeige wird von einem Regler 59 benutzt, welcher Modulationselemente 60 zur Änderung der Durchsatzmenge der basischen Substanzen und zur Gewährleistung einer einwandfreien Neutralisierung des Säuregehalts (acidity) des austretenden Rauchgases ansteuert.
Dabei ist die Regelgröße die (der) Restsäure(gehalt) des Rauchgases.
Ansprechgeschwindigkeit und Gewinn bzw. Verstärkung (gain) des Systems können zur Vermeidung von Instabilität der Regelschleife zweckmäßig eingestellt werden.
Schließlich ist zu erwähnen, daß zahlreiche industrielle Prozesse in ihren verschiedenen Verarbeitungs- oder Herstellungsstufen Rauchgase entlassen, deren Azidität kontrolliert werden muß, um entweder den Prozeßwirkungsgrad zu erhöhen oder die Rauchgase für ihre Abführung zur Atmosphäre geeignet zu machen.
Bei vielen dieser Prozesse können herkömmliche Methoden zum Neutralisieren des Gas-Säuregehalts durch Waschen (des Gases) mit basischen Wässern (Flüssigkeiten) vorteilhaft durch eine Heißneutralisierungsmethode ersetzt werden, die durch Vermischen der Gase mit einem bei einer Verbrennung entstehenden sekundären Rauchgas, mit örtlicher Erzeugung einer Flamme in einer Brennkammer, realisiert werden können, wobei das sekundäre Rauchgas mit den der Flamme zugesetzten basischen Substanzen angereichert und dadurch aktiviert wird.
In Verbrennungsanlagen oder Wärmekraf twerken mit sehr großen Brenn/Nachverbrennungskammern kann der Wirkungsgrad des Aziditäts- bzw. Säureneutralisierungsprozesses durch Verwendung von einer oder mehreren, bei sehr hoher Temperatur arbeitenden Verbrennungseinheiten weiter verbessert werden.
Eine derartige Verbrennungseinheit ist in Fig. 5 dargestellt, die einen Verbrennungsofen entsprechend dem gemäß Fig. 3 veranschaulicht. In Fig. 5 sind die den Elementen nach Fig. 3 funktionsmäßig äquivalenten Elemente mit den gleichen Bezugsziffern (wie vorher) bezeichnet.
Unterschiedlich zum Brenner nach Fig. 3 umfaßt die Verbrennungseinheit 12 gemäß Fig. 5 eine aus einem Feuerfestmaterial hergestellte zylindrische Kammer 113, die in einem mechanische Abstützung gewährleistenden Mantel oder Käfig 114 aus Metall eingeschlossen ist und am einen Ende 115 von Sauerstoff zuführenden Düsen und Düsen zum Zuführen von Brennstoffen hohen Heizwerts, wie Methangas, Dieselöl o.dgl. (Gemische aus leichten Kohlenwasserstoffen, wie "Tetrene") gespeist wird.
Bei der Verbrennung entsteht eine Flamme D einer hohen Temperatur von bis zu 3000ºC.
Am Ende 115 der zylindrischen Kammer befindet sich nahe der Sauerstoff- und Brennstoffzufuhrdüsen ein Satz von radialen Öffnungen oder Düsen 116, über welche in die Kammer 113 eine pulverisierte basische Substanz, vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, CaCO&sub3;, MgCO&sub3;, CaMg(CO&sub3;)&sub2;, eingeblasen oder eingeführt (injected) und in die Flamme D gefördert wird.
Aufgrund der hohen Temperatur der Flamme wird das mineralische Pulver zersetzt und verdampft, und zwar mit einem hohen Grad ionischer Zersetzung oder Aufspaltung und unter Bildung des sog. "Plasmas".
Die mineralischen Verbindungen bzw. Zusammensetzungen, die ohne weiteres von natürlichen Quellen erhältlich sind, werden mit Hilfe nicht dargestellter Injektoren ohne Notwendigkeit für weitere Behandlung eingeführt, gemahlen bzw. zerkleinert (ground) und pulverisiert.
Die Brennkammer 113 läuft in einer konvergenten Beschleunigungsdüse 117 aus, welche in die Nachverbrennungskammer 2 austrägt.
Mit den kombinierten Wirkungen der Düse 117 sowie des Zuführdrucks von Sauerstoff, Brennstoff und basischer Substanz wird die Kammer 113 gegenüber dem in der Nachverbrennungskammer herrschenden Druck auf einen zweckmäßigen Überdruck (z.B. auf 0,1 kg/cm²) gesetzt.
Der Strom des aus der Kammer 113 über die Düse zur Kammer 2 überführten, hohe Temperatur (über 2000ºC) besitzenden Gases wird dann zu einem Hochgeschwindigkeitsstrahl beschleunigt, der tief in das Abfall- oder Müll- Rauchgas eindringt und sich mit einer Turbulenzbewegung, welche das Gesamtvolumen der Nachverbrennungskammer beeinflußt, gleichmäßig damit vermischt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß eine gleichartige Wirkung nicht unmittelbar mit der Flamme erzielt werden kann, weil der Ausbreitungsgrad der Flamme, wenn Abtrennung und Löschung derselben vermieden werden soll, der Anfangsgeschwindigkeit und -länge der Flamme eine Einschränkung auferlegt.

Claims

1. Anordnung zum Heißneutralisieren des Säuregehalts eines primären Rauchgases oder Prozeßgases, das in einer Verbrennungs- oder Brennkammer (1) erzeugt worden ist, umfassend:

mindestens einen Brenner (12, 13, 15) zum Speisen der Brennkammer (1) mit einem sekundären Rauchgas, das bei der Verbrennungsreaktion eines Brennstoffs mit einem Verbrennungsträger unter Erzeugung einer Flamme (17, D) entstanden ist, (und)

Mittel (16, 51, 116), um in die Flamme (17, D) eine basische Substanz entweder in Pulverform oder in wäßriger Lösungsform einzuführen, wobei das so mit der basischen Substanz angereicherte sekundäre Rauchgas mit dem primären Rauchgas oder Prozeßgas (26) vermischt wird und die darin enthaltenen sauren Substanzen neutralisiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ferner umfaßt:

- Mittel (32, 33, 34) zum Überwachen der Säurekonzentration des primären Rauchgases oder Prozeßgases in der Brennkammer und

- Regelmittel (19, 20, 36, 37) zum Modulieren der Strömungs- oder Durchsatzmenge der eingeführten (discharged) basischen Substanz zum Anreichern des sekundären Rauchgases in Abhängigkeit von der überwachten Säurekonzentration.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Überwachen eine Proben(nahme)sonde (32) umfassen, die relativ zur Strömungsrichtung des primären Rauchgases oder Prozeßgases stromauf des Brenners (12, 13, 15) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Brenner (12) umfaßt:

eine Flammeneinschlußkammer (113, 114), (und) Mittel zum Einführen (discharging) von Brennstoff, die Verbrennung förderndem Gas und pulverisierter basischer Substanz in die Flammeneinschlußkammer (113), welche ihrerseits eine konvergente Düse (117) zum Beschleunigen des sekundären Rauchgases und Einführen desselben in die Brennkammer (1) aufweist.

4. Verfahren zum Heißneutralisieren des Säuregehalts eines primären Rauchgases oder Prozeßgases (26), das in einer Verbrennungs- bzw. Brennkammer (1) erzeugt worden ist und aus letzterer ausströmt, umfassend die folgenden Schritte:

- Erzeugen eines sekundären Rauchgases durch Verbrennung eines Brennstoffs mit begleitender Entstehung einer Flamme, (und)

- in die Flamme erfolgendes Einführen einer basischen Substanz in entweder Pulver- oder Lösungsform, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Überwachen der Säurekonzentration im primären Rauchgas oder Prozeßgas, (und)

- Vermischen des sekundären Rauchgases mit dem primären Rauchgas oder Prozeßgas, wobei die Einführung (discharge) der basischen Substanz strömungs(mengen)mäßig in Abhängigkeit von der überwachten Säurekonzentration moduliert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Überwachung der Säurekonzentration am primären Rauchgas oder Prozeßgas vor dem Vermischen (desselben) mit dem sekundären Rauchgas erfolgt.