EP1921380A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des NOx-Gehaltes in Verbrennungsabgasen von Wirbelschichtfeuerungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des NOx-Gehaltes in Verbrennungsabgasen von Wirbelschichtfeuerungen Download PDF

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EP1921380A1
EP1921380A1 EP06023402A EP06023402A EP1921380A1 EP 1921380 A1 EP1921380 A1 EP 1921380A1 EP 06023402 A EP06023402 A EP 06023402A EP 06023402 A EP06023402 A EP 06023402A EP 1921380 A1 EP1921380 A1 EP 1921380A1
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waste
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water
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Axel Hellwig
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Lentjes GmbH
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/50—Cooling fluid supply

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for reducing the NO x content in combustion exhaust gases from waste incineration plants with fluidized bed combustion.
  • Nitrogen oxides are environmental toxins whose formation must be avoided at all costs or at least greatly reduced.
  • nitrogen oxides contribute to the formation of photochemical smog in a complex manner, whereby in a main reaction NO 2 is photolytically cleaved into NO and O radicals.
  • Nitric oxide (NO) in turn reacts with ozone to form NO 2 and O 2 .
  • the ozone concentration is reduced and the ozone layer, which serves as a UV filter in the atmosphere, damaged.
  • atmospheric NO x released with water to form nitric acid react, which can then reach the soil with precipitation and lead to acidification.
  • the legislator has therefore set limit values for the NO x values released during the thermal treatment or incineration of waste.
  • the half-hour mean NO x in flue gas must not exceed 400 mg / Nm 3 tr .
  • the total daily mean value may not exceed 200 mg / Nm 3 tr .
  • the object is achieved as regards the method by a method for reducing the NO x content in flue gases from waste incineration plants with fluidized bed, which is characterized in that the waste to be incinerated in dependence of the temperature in the fluidized layer of water is added.
  • the fluidized bed combustion in general is divided into the three zones fluidized bed, combustion zone and post-combustion zone.
  • the combustion process can take place predominantly in the region of the fluidized bed or in the region of the afterburning zone in accordance with the waste composition and the calorific value.
  • the combustion process is largely or predominantly in the area of the stationary fluidized bed, the temperature rises in the fluidized bed and the fluidized bed overheats. In this case, there is an excessive NO x emission and the resulting flue gases must be de-embroidered by means of suitable denitrification.
  • the start-up of a fluidized bed furnace is generally carried out with so-called start-up burners, which heat the air blown in to fluidize the fluidized bed.
  • the start-up burner is started up with a temperature ramp until an oven temperature of approx. 750 ° C is reached.
  • a lance burner installed in the fluidized bed area supports the starting process until a temperature> 850 ° C. is reached in the afterburning zone.
  • waste can be given up for incineration in the waste incineration plant.
  • the NO x value immediately increases to values of generally more than 800 mg / Nm 3 tr and then decreases as the bed temperature decreases.
  • the decrease to a value below the half-hour mean of 400 mg / Nm 3 tr can be up to two hours depending on the fluidized bed furnace and the abandoned waste.
  • the flue gases released during this time must be de-embroidered.
  • temperatures of up to 850 ° C. may occur in the fluidized bed.
  • the achievement of such temperatures in the fluidized bed leads to a significantly increased NO x release.
  • the addition of the water takes place at least as a function of the temperature in the fluidized bed.
  • the addition of water to the waste can be done depending on the amount of waste added.
  • existing fluidized bed ovens can also be retrofitted with the method according to the invention.
  • the invention provides an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • the device according to the invention comprises a device for determining the temperature in the fluidized bed, a device for adding water to the waste to be incinerated and a control device, wherein the control device is connected to the device for determining the temperature in the fluidized bed and the means for adding water so that the control device can control the device for adding water as a function of the temperature determined in the fluidized bed.
  • the device according to the invention can have a device connected to the control device for determining the amount of waste introduced into the fluidized bed, wherein the control device can control the device for adding water depending on the temperature determined in the fluidized bed and the amount of waste introduced into the fluidized bed.
  • the inventive device can be easily and inexpensively integrate into existing fluidized bed ovens.
  • Fig. 1 shows a fluidized bed furnace 1 for the combustion of waste.
  • the fluidized bed furnace 1 has a fluidized bed 2, a combustion zone 3 and a post-combustion zone 4.
  • the starting burner 5 By means of the starting burner 5, the fluidized bed can be heated during the starting process as described above.
  • the lance burner 6 serves for further temperature control of the fluidized bed and the post-combustion zone.
  • the control unit 7 is connected to the temperature sensor 8 and the waste amount determining means 10 so as to be able to control the water addition means 11 as a function of the temperature in the fluidized bed measured at the temperature sensor 8 and the amount of waste determined by means 10, that the temperature of the fluidized bed is kept below a limit temperature of 780 ° C.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des NO x -Gehaltes in Verbrennungsabgasen aus Müllverbrennungsanlagen mit Wirbelschichtfeuerung. Erfindungsgemäß wird dem zu verbrennenden Abfall in Abhängigkeit der in der Wirbelschicht herrschenden Temperatur Wasser zugesetzt, mit der Maßgabe, die Wirbelschichttemperatur unterhalb eines Grenzwertes einzustellen, der die Notwendigkeit einer zusätzlichen Entstickungseinrichtung überflüssig macht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verringerung des NOx-Gehaltes in Verbrennungsabgasen aus Abfallverbrennungsanlagen mit Wirbelschichtfeuerung.
  • Aufgrund nationaler Vorschriften zur Beseitigung und Behandlung von Abfällen ist es üblich, kohlenstoffhaltige Abfälle zu verbrennen um das Restabfallvolumen zu reduzieren. Hierbei wird nicht nur Hausmüll verbrannt, sondern gleichfalls auch andere Abfallarten wie Industrieabfälle oder Klärschlämme. Grundsätzlich gibt es unterschiedliche Verbrennungssysteme für Abfälle. So sind beispielsweise Stufenrostöfen oder Drehrohröfen bekannt, welche zur thermischen Behandlung bzw. Verbrennung von Abfällen genutzt werden. Ein weiterer aus dem Stand der Technik bekannter Verbrennungsofentyp ist der sogenannte Wirbelschichtofen mit einer stationären Wirbelschicht. In einem solchen Wirbelschichtofen werden die zu verbrennenden Abfälle in bzw. über einem Wirbelbett aus geeigneten nicht brennbaren Feststoffpartikeln verbrannt.
  • Ein Problem bei der Verbrennung oder thermischen Behandlung von Abfällen ist die Bildung von Stickoxiden im Rauchgas. Stickoxide (NOx) sind Umweltgifte, deren Bildung unbedingt vermieden oder zumindest weitestgehend reduziert werden muß.
  • So tragen Stickoxide beispielsweise in komplexer Weise zur Entstehung von photochemischen Smog bei, wobei in einer Hauptreaktion NO2 photolytisch in NO- und O Radikale gespalten wird. Stickstoffmonoxid (NO) wiederum reagiert mit Ozon zu NO2 und O2. Hierdurch wird die Ozonkonzentration verringert und die Ozonschicht, welche als UV-Filter in der Atmosphäre dient, geschädigt. Darüber hinaus kann atmosphärisch freigesetztes NOx mit Wasser unter Bildung von Salpetersäure reagieren, welche dann mit Niederschlägen in das Erdreich gelangen kann und hier zu einer Übersäuerung führt.
  • Der Gesetzgeber hat daher Grenzwerte für die bei der thermischen Behandlung bzw. Verbrennung von Abfällen freigesetzten NOx-Werte festgelegt. So darf beispielsweise der Halbstunden-Mittelwert an NOx im Rauchgas 400 mg/Nm3 tr nicht überschreiten. Der Gesamttagesmittelwert darf 200 mg/Nm3 tr nicht überschreiten.
  • Ein Problem der Wirbelschichtöfen zur Abfallverbrennung ist es, daß sowohl im stationären Zustand als auch beim Anfahren der Öfen diese NOx-Grenzkonzentrationen im Rauchgas regelmäßig überschritten werden, so daß das entstandene Rauchgas in nachgeschalteten Entstickungsschritten, wie beispielsweise SNCR-Anlagen, entstickt werden muß, um die gesetzlich festgelegen Grenzwerte einzuhalten.
  • Entsprechende Entstickungsschritte sind jedoch kostenintensiv und können zur Bildung anderer umweltrelevanter Stickstoffverbindungen wie beispielsweise Ammoniak oder Lachgas (N2O) führen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes in Verbrennungsabgasen aus Abfallverbrennungsanlagen mit Wirbelschichtfeuerung anzugeben, mit welchem die gesetzlich festgelegten Grenzwerte der NOx-Konzentrationen in Rauchgas insbesondere im stationären Betrieb der Wirbelschicht bereits ohne zusätzlichen Entstickungsschritt eingehalten werden. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
  • Gelöst wird die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes in Verbrennungsabgasen aus Abfallverbrennungsanlagen mit Wirbelschichtfeuerung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß dem zu verbrennenden Abfall in Abhängigkeit der Temperatur in der Wirbelschicht Wasser zugesetzt wird.
  • Auf eine Stützfeuerung, um die notwendige Verbrennungstemperatur zu halten, kann bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens verzichtet werden.
  • Es hat sich gezeigt, daß die NOx-Bildung in stationären Wirbelschichtöfen zur Verbrennung von Abfällen abhängig von der Wirbelbettemperatur ist. Unterhalb eines bestimmten Temperaturbereichs kann die NOx-Bildung deutlich unter dem gesetzlich festgelegten Tagesmittelwert von 200 mg/Nm3 tr gehalten werden. Oberhalb eines bestimmten Temperaturbereichs steigt die NOx-Konzentration im Rauchgas deutlich über diesen Grenzwert an. Während des Anfahrens der Wirbelschicht kann der NOx-Wert kurzzeitig auf deutlich über 800 mg/Nm3 tr steigen. Der gesetzlich festgelegte Halbstunden-Mittelwert von 400 mg/Nm3 tr kann dann nicht in jedem Fall eingehalten werden.
  • Die Wirbelschichtverbrennung allgemein teilt sich in die drei Zonen Wirbelbett, Verbrennungszone und Nachverbrennungszone auf. Während des Normalbetriebs eines Wirbelschichtofens zur Verbrennung von Abfällen kann entsprechend der Abfallzusammensetzung und des Heizwertes der Verbrennungsprozess überwiegend im Bereich der Wirbelschicht oder im Bereich der Nachbrennzone erfolgen.
  • Verläuft der Verbrennungsprozeß überwiegend im Bereich der Nachbrennzone, kühlt die Wirbelschicht aus. In diesen Fällen werden die Grenzwerte während des Normalbetriebs in der Regel eingehalten.
  • Verläuft dagegen der Verbrennungsprozeß zum großen oder überwiegenden Teil im Bereich der stationären Wirbelschicht, steigt die Temperatur im Wirbelbett an und das Wirbelbett überhitzt. In diesem Fall kommt es zu einer überhöhten NOx-Emission und die entstandenen Rauchgase müssen mittels geeigneter Entstickungssysteme entstickt werden.
  • Das Anfahren eines Wirbelschichtofens erfolgt in der Regel mit sogenannten Anfahrbrennern, welche die zur Fluidisierung des Wirbelbetts eingeblasene Luft aufheizen. In der Regel wird der Anfahrbrenner mit einer Temperaturrampe hochgefahren, bis eine Ofentemperatur von ca. 750°C erreicht ist. Danach unterstützt ein im Wirbelbettbereich installierter Lanzenbrenner den Anfahrprozeß bis in der Nachbrennzone eine Temperatur > 850°C erreicht ist. Sobald die festgelegte Grenztemperatur von 850°C in der Nachbrennzone überschritten wird, kann Abfall zur Verbrennung in die Müllverbrennungsanlage aufgegeben werden.
  • Im Verlauf dieses Anfahrprozesses werden jedoch im Wirbelbett Temperaturen von bis zu 1000°C erreicht.
  • Wenn nach Erreichen der festgelegten Grenztemperatur in der Nachbrennzone Abfall in den Wirbelschichtofen aufgegeben wird, steigt der NOx-Wert unverzüglich auf Werte von in der Regel über 800 mg/Nm3 tr und fällt anschließend bei abnehmender Bettemperatur ab. Die Abnahme auf einen Wert unter den Halbstunden-Mittelwert von 400 mg/Nm3 tr kann in Abhängigkeit des Wirbelschichtofens und des aufgegebenen Abfalls bis zu zwei Stunden betragen. Die während dieser Zeit freigesetzten Rauchgase müssen zwingend entstickt werden.
  • Während des stationären Betriebs eines Wirbelschichtofens kann es in Abhängigkeit der Abfallzusammensetzung bzw. des Heizwertes des Abfalls zu Temperaturen von bis zu 850°C im Wirbelbett kommen. Wie zuvor ausgeführt, führt das Erreichen solcher Temperaturen im Wirbelbett zu einer deutlich gesteigerten NOx-Freisetzung.
  • Durch die erfindungsgemäße Zugabe von Wasser zum zu verbrennenden Abfall in Abhängigkeit der in der Wirbelschicht herrschenden Temperatur kann das Auftreten solcher Temperaturspitzen sowohl während des stationären Betriebs als auch während des Anfahrens des Wirbelschichtofens vermieden werden. Durch Zugabe von Wasser zum zu verbrennenden Abfall kühlt die Wirbelschicht durch die vom Wasser benötigte Verdampfungsenthalpie ab.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Zugabe des Wassers wenigstens in Abhängigkeit der Temperatur in der Wirbelschicht. Darüber hinaus kann die Zugabe von Wasser zum Abfall in Abhängigkeit der aufgegebenen Abfallmenge erfolgen.
  • Hierbei erfolgt die Zugabe von Wasser in den Abfall mit der Maßgabe, daß die Temperatur in der Wirbelschicht, den zur NOx-Bildung verantwortlichen Temperaturbereich nicht überschreitet.
  • Durch die erfindungsgemäße Zugabe von Wasser in den Abfall kann somit sicher das Entstehen von Temperaturspitzen im Wirbelbett sowohl während des stationären Betriebs als auch während des Anfahrens des Wirbelschichtofens vermieden werden, wodurch die NOx-Emission deutlich unter den jetzt gültigen Emissionsgrenzwerten gehalten werden kann.
  • Hierdurch können sowohl Investitionskosten als auch Betriebsmittelkosten eingespart werden, da auf entsprechende Entstickungseinrichtungen zur Entstickung des Rauchgases verzichtet werden kann. Darüber hinaus wird der Einsatz umweltbelastener Chemikalien wie beispielsweise Ammoniak vermieden oder zumindest deutlich reduziert. Auch die Freisetzung umweltbelastender Emissionen im Rauchgas wie beispielsweise Ammoniak oder N2O werden vermieden.
  • Vorteilhafterweise lassen sich auch bereits bestehende Wirbelschichtöfen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachrüsten.
  • Darüber hinaus wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur in der Wirbelschicht, eine Einrichtung zur Wasserzugabe zum zu verbrennenden Abfall sowie eine Steuerungseinrichtung auf, wobei die Steuerungseinrichtung mit der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur in der Wirbelschicht und der Einrichtung zur Wasserzugabe so verbunden ist, daß die Steuerungseinrichtung die Einrichtung zur Wasserzugabe in Abhängigkeit der in der Wirbelschicht bestimmten Temperatur steuern kann.
  • Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit der Steuereinrichtung verbundene Einrichtung zur Bestimmung der in die Wirbelschicht eingebrachten Abfallmenge aufweisen, wobei die Steuerungseinrichtung die Einrichtung zur Wasserzugabe in Abhängigkeit der in der Wirbelschicht bestimmten Temperatur und der in die Wirbelschicht eingebrachten Abfallmenge steuern kann.
  • Vorteilhafterweise läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und kostengünstig auch in bereits bestehende Wirbelschichtöfen integrieren.
  • Fig. 1 zeigt einen Wirbelschichtofen 1 zur Verbrennung von Abfällen. Der Wirbelschichtofen 1 weist ein Wirbelbett 2, eine Verbrennungszone 3 und eine Nachverbrennungszone 4 auf. Mittels des Anfahrbrenners 5 kann die Wirbelschicht während des Anfahrprozesses wie zuvor beschrieben erhitzt werden. Anschließend dient der Lanzenbrenner 6 zur weiteren Temperierung des Wirbelbettes und der Nachverbrennungszone. Die Steuerungseinheit 7 ist mit dem Temperatursensor 8 und der Einrichtung zur Bestimmung der Abfallmenge 10 so verbunden, daß sie die Einrichtung zur Wasserzugabe 11 in Abhängigkeit der am Temperatursensor 8 gemessenen Temperatur in der Wirbelschicht und der mittels Einrichtung 10 bestimmten Abfallmenge mit der Maßgabe steuern kann, daß die Temperatur der Wirbelschicht unter einer Grenztemperatur von 780°C gehalten wird.
    • Beispiel 1
  • In einem Wirbelschichtofen zur Verbrennung von Klärschlamm wurden bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die folgenden Werte ermittelt: Durchsatz 8,4 t/h
    ohne Wassereindüsung bei Wassereindüsung
    Temperatur in Nachverbrennungszone °C 850 - 950 850 - 950
    Temperatur im Wirbelbett °C 810 - 850 < 800
    NOx mg/Nm (tr) 350 - 400 < 100
  • Die Wasserzugabe betrug ca. 10% des Klärschlammdurchsatzes.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wirbelschichtofen
    2
    Wirbelbett
    3
    Verbrennungszone
    4
    Nachverbrennungszone
    5
    Anfahrbrenner
    6
    Lanzenbrenner
    7
    Steuerungseinrichtung
    8
    Temperatursensor
    9
    Abfallaufgabe
    10
    Abfallmengenbestimmung
    11
    Wasserzugabe

Claims (5)

  1. Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes in Verbrennungsabgasen aus Müllverbrennungsanlagen mit Wirbelschichtfeuerung,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    dem zu verbrennenden Abfall in Abhängigkeit der Temperatur in der Wirbelschicht Wasser zugesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur in der Wirbelschicht durch Zugabe von Wasser zum zu verbrennenden Abfall in einem Temperaturbereich von < 800° C eingestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wasserzugabe in Abhängigkeit der in die Wirbelschicht eingebrachten Abfallmenge erfolgt.
  4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend eine Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur in der Wirbelschicht, eine Einrichtung zur Wasserzugabe zum zu verbrennenden Abfall sowie eine Steuerungseinrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung mit der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur in der Wirbelschicht und der Einrichtung zur Wasserzugabe so verbunden ist, daß die Steuerungseinrichtung die Einrichtung zur Wasserzugabe in Abhängigkeit der in der Wirbelschicht bestimmten Temperatur steuern kann.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, weiterhin aufweisend eine mit der Steuerungseinrichtung verbundene Einrichtung zur Bestimmung der in die Wirbelschicht eingebrachten Abfallmenge, wobei die Steuerungseinrichtung die Einrichtung zur Wasserzugabe in Abhängigkeit der in der Wirbelschicht bestimmten Temperatur und der in die Wirbelschicht eingebrachten Abfallmenge steuern kann.
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