DD296619A5 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des co-gehaltes in abgasen von verbrennungsanlagen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des co-gehaltes in abgasen von verbrennungsanlagen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung des CO-Gehaltes in Abgasen von Verbrennungsanlagen, insbesondere fuer Haus- und Sondermuell. Der Muell wird zum Beispiel in einem Drehrohrofen verbrannt und die Abgase werden zu einem dem Ofen nachgeschalteten Abhitzekessel gefuehrt. Dort werden mit Hilfe der Verbrennungsgas-Strahlen von Brennern die aus dem Drehrohrofen kommenden Abgase kraeftig durchgemischt und damit die Reaktion zwischen CO und O2 intensiviert. Zur weiteren Verbesserung der Verbrennung von CO zu CO2 kann in den Verbrennungsgasstrom ein Oxidationsmittel und/oder ein katalytisches Mittel eingefuehrt werden. Fig. 1{Verfahren; Vorrichtung; Abgase; CO; Haus- und Sondermuell; Verbrennungsanlagen; Brenner; Abhitzekessel; Drehrohrofen; Oxidationsmittel; katalytisches Mittel}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung des CO-Gehaltes in Abgasen von Verbrennungsanlagen, insbesondere bei der Verbrennung von Haus- und Sondermüll, wobei der Müll zum Beispiel in einem Drehrohrofen verbrannt und die Abgase durch einen dem Ofen nachgeschalteten Kessel geleitet werden.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Die Abgase von Müllverbrennungsanlagen, aber auch die Abgase von Kraftwerkskesseln, die mit Kohlefeuerung arbeiten, enthalten unter anderem Kohlenmonoxid, dessen Anteil möglichst klein gehalten werden soll.
Bei Müllverbrennungsanlagen beispielsweise wird der Müll in gleichstrombetriebene Drehrohröfen eingebracht und dort verbrannt.
Diese Öfen enden in Abhitze-Kesseln, aus denen die Schlacke nach unten abgezogen wird, während die Abgase oder Rauchgase den ersten Kesselzug praktisch senkrecht von unten nach oben durchströmen. Nach einer Umlenkung erfolgt ein weiterer Wärmeaustausch in einem Konvektionsteil. Den Abhitzekesseln schließt sich ein Abgasreinigungsverfahren an.
-2- 296 Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, den CO-Gehalt in den Abgasen von Verbrennungsanlagen zu reduzieren.
Darlegung des Wesons der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Führung der Abgase von Verbrennungsanlagen in Verbindung mit der Anordnung geeigneter Brenner zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in den Kessel die Verbrennungsgase von Brennern, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrennern, zusammen mit einem Oxidationsmittel und/oder einem katalytisch wirkenden Mittel eingeblasen werden.
Als vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, die Verbrennungsgase mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 100m/s quer zur Strömungsrichtung der Abgase in den Kessol einzublasen und zwar so, doß sie von gegenüberliegenden Seiten des Kessels aus aufeinander zugerichtet sind. Zweckmäßig ist es, die Verbrennungsgase in einer odei mehreren unterschiedlichen Ebenen bzw. Höhen in den Kessel einzublasen.
Nach der Erfindung werden die Rauchgase mit Hilfe von Brennern, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrennern, durchgemischt.
Unter Hochgeschwindigkeitsbrennern sind Brenner zu verstehen, bei denen die Verbrennung in einer am Brenner montierten Brennkammer erfolgt und die Verbrennungsgase durch eine Düse mit Geschwindigkeiten von etwa 100m/s und mehr in den Kessel einströmen.
Durch den hohen Austrittsimpuls der aus den Brennern austretenden Verbrennungsgase werden die durch den Kessel strömenden Abgase oder Rauchgase angesaugt und kräftig durchgemischt, um ein ι möglichst weitgehende Reaktion von CO mit O2 zu erreichen.
Zusätzlich zu dieser Durchmischung der Rauchgase wird wie bereits orwähnt erfindungsgemäß vorgeschlagen, in die Verbrennungsgase der Brenner ein Oxidationsmittel und/oder ein katalytisch wirkendes Mittel einzuführen.
Diese Mittel können vorzugsweise in die Ausströmdüsen der Brenner oder in den Verbrennungsgasstrom der Brenner im Kessel eingeblasen werden.
Als Oxidationsmittel eignen sich zum Beispiel Sauerstoff O2, Ozon Oj, Wasserstoffperoxid H2O;, Lachgas N2O, Natriumperoxid Na2O2 und Manganoxid MnO2. Als Katalysator eigi dt sich insbesondere Kupferoxid als Kupfer(l)oxid Cu2O und als Kupfer(ll)oxid
Durch das zusätzliche Einführen eines Oxidationsmittels und/oder eines Katalysators wird die Verbrennung von CO zu CO2 beträchtlich verbessert und damit der CO-Gehalt in den Abgisen stark reduziert.
Ausführungsbeispiele
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben, in der
Fig. 1: schematisch das in den ersten Kesselzug eines Abhitzekessels hineinragende Ende eines Drehrohrofens zeigt.
Fig. 2: zeigt einen Schnitt längs der Linie H-Il von Figur 1.
Fig. 3: zeigt schematisch im Schnitt einen Kessel mit einer Kohlefeuerung.
Fig. 4a und 4b: zeigen schematisch im Schnitt je eine Brennkammer.
Die Temperaturen im ersten Strahlungszug des Kessels betragen direkt oberhalb des Drehrohrofenendes gegenwärtig etwa 100O0C bis 15000C, in der Mitte des Zuges etwa 750 bis 850°C und am oberen Ende im Umlenkbereich des Zuges etwa 600 bis 7000C. Diese Temperaturen schwanken abhängig von der Müllzusammensetzung, der Ofenbetriebsweise und dem Verschmutzungsgrad des Kessels.
Bei diesen Temperaturen sind mechanische Umwälzeinrichtungen ungeeignet.
Figur 1 zeigt nun schematisch das Ende eines Drehrohrofens 10, das etwa in den ersten Strahlenzug oder Kesselzug 14 eines
allgemein mit 12 bezeichneten Kessels hineinragt. Zwischen dem Außenumfang des Drehrohrofens 10 und der Öffnung im Kesselzug 14 ist ein Ringspalt von z. B. 10 bis 40mm Breite vorhanden, der in Figur 1 jedoch nicht dargestellt ist und durch den sogenannte Sekundärluft in den Kessel 12 eintritt.
Die Abgase aus dem Drehrohrofen 10 strömen im Kesselzug 14 vertikal von unten nach oben und sie werden im Kesselzug 14 erfindungsgemäß unter sich und mit der Sekundärluft kräftig durchgemischt.
Oberhalb des Eintrittsendes des Drehrohrofens 10 in den Kesselzug 14, zweckmäßigerweise unmittelbar oberhalb, sind daher Brenner 16,18,20,22,24,26 insbesondere sogenannte Hochgeschwindigkeitsbrenner, angeordnet, die in den beiden sich gegenüberliegenden Seitenwänden 36,38 des Kesselzuges 14 montiert und installiert sind.
Im dargestellten Beispiel sind in jeder Seitenwand des Kesselzuges 14 drei Brenner eingebaut, so z. B. die Brenner 16,18,20 in der Seitenwand 38 und die Brenner 22,24,26 in der Seitenwand 36 des Kesselzuges 14.
Die Brenner 16,18,20 liegen somit den Brennern 22,24,26 gegenüber und die aus ihren Düsen 30 austretenden Verbrennungsgasstrahlen sind aufeinander zu gerichtet.
In vertikaler Richtung sind die einzelnen Brenner höhenversetzt zueinander angeordnet, so können beispielsweise die Brenner 16,18,20 in einer Ebene liegen, während die Brenner 22,24,26 in einer anderen höheren Ebene liegen können.
Es hat sich ferner gezeigt, daß es zweckmäßig ist, auch die Brenner, die an einer der beiden Wände 36 und 38 installiert sind, höhenversetzt zueinander anzuordnen, wie Figur 1 zeigt.
So liegen die Brenner 16 und 20, die in der Wand 38 installiert sind, in einer horizontalen Ebene, der zwischen den Brennern 16
und 20 angeordnete Brenner 18 liegt jedoch in einer höherei) Ebene. Entsprechendes gilt für die Brenner 22,24,26, die in der
Wand 36 des Kesselzuges 14 installiert sind, wobei hier die Brenner 22 und 26, wie Figur 1 zeigt, in der oberen Ebene liegen,
während der Brenner 24, der zwischen den beiden Brennern 22,26 in der Wand 36 eingebaut ist, in der unteren Ebene angeordnet
Sowohl air vertikale als auch der horizontale Abschnitt der Brenner voneinander kann abhängig von den Strahlkegeln 32 der aus
den Brennerdüsen 30 austretenden Verbrennungsgase gewählt werden.
Messungen haben ergeben, daß der Öffnungswinkel dieser Strahlkegel 32 etwa 20° beträgt. Der horizontale Abstand der Brenner voneinander kann nun zweckmäßigerweise so gewählt werden, daß sich die Strahlkegel 32
etwa in der Mittelebene 40 des Kesselzuges 14 gerade treffen bzw. überschneiden.
Entsprechendes gilt für den vertikalen Abstand A der beiden Brennergruppen voneinander. Die Mittelachse der Brennerdüsen 30 (und damit die Mittelachsen der Strahlkegel 32) verlaufen vorzugsweise horizontal und
rechtwinklig zu der jeweiligen Seitenwand 36 bzw. 38.
Es wird aber betont, daß dies nicht der Fall zu sein braucht, d. h. diese Mittelachsen der Brennerdüsen 30 bzw. der Strahlkegel 32,
können auch in einem spitzigen Winkel zur Horizontalen nach oben oder nach unten geneigt verlaufen, außerdem können sieeinen von 90° abweichenden Winkel zur jeweiligen Seitenwand 36 bzw. 38 bilden. (Die Bezeichnung „horizontal" bezieht sichdarauf, daß der Kesselzug 14 vertikal angeordnet ist und die Abgase aus dem Drehrohrofen 10 vertikal von unten nach obonströmen.)
Mit dieser Anordnung der Brenner 16 bis 26, deren horizontaler und deren vertikaler Abstand praktisch dem Strahldurchmesser
in der Mitte des Kesselzuges 14 entspricht, wird bereits eine sehr gute Durchmischung des im Kesselzug 14 von unten nach obenströmenden Abgases erzielt, da durch diese Anordnung bereits ein sehr großer Teil der Querschnittsfläche des Kesselzugeserfaßt ist. Durch die wechselseitige Verse ung der einzelnen Brenner wird eine häufige Umlenkung der im Kesselzug 14aufströmenden Abgase erreicht und damit die Vermischung und Reaktion intensiviert. Vorzugsweise sind die Brenner möglichstnahe, d. h. unmittelbar oberhalb dem Austritt des Drehrohrofens 10 angeordnet, wodurch erreicht wird, daß die Sekundärluft beimöglichst hoher Temperatur von den Brennerstrahlen angesaugt wird und die Zeit für die Reaktion des Sauerstoffes mit dem
Kohlenmonoxid möglichst lang ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, oberhalb der Brenner 16 bis 26 weitere Brenner 28, z.B. je zwei Brenner in zwei weiteren Ebenen, vorzusehen, die in derselben Weise eingebaut sind wie die Brenner 16 bis 26. Die Brenner 28 sind zweckmäßigerweise
jedoch in horizontaler Richtung relativ zu den Brennern 22,18,26 um deren halben Mittenabstand versetzt angeordnet.
Durch diese zusätzlichen Brenner 28 können Abgassträhnen, die durch die unteren Brennergruppen noch nicht erfaßt worden
sind, durchgemischt werden, wodurch die Reaktion von CO mit O2 weiter verbessert wird.
Die Brenner seibst, die handelsüblich käuflich sind, können beispielsweise mit Propangas betrieben werden. Figur 3 zeigt schematisch einen Kessel, z. B. einen Kraftwerks-Kessel, der mit Kohlefeuerung betrieben wird. Der Kessel 42 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und aufgebaut, so daß er nicht näher beschrieben zu werden braucht. Unterhalb des Kessels 42 befindet sich ein Wanderrost 44, auf dem sich die Feuerung befindet, und die heißen Abgase oder Rauchgase steigen, wie ebenfalls bekannt, durch den Kessel 42 hindurch nach oben. Oberhalb des Wanderrostes 44 sind im unteren Bereich des Kessels 42 Brenner 46, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrenner,
in wenigstens eine Wand des Kessels 42 so eingebaut, daß ihre Verbrennungsgase quer zur Strömungsrichtung der von der
Feuerung des Kessels kommenden Rauchgase in den Kessel eingeblasen werden, wobei die Einströmgeschwindigkeit dieser Verbrennungsgase bei etwa 100m/s oder darüber liegt. Vorzugsweise sind die Hochgeschwindigkeitsbrenner 46 in zwei sich gegenüberliegenden Wänden des Kessels 42 eingebaut
und ihre Verbrennungsgase strömen aufeinander zu gerichtet in den Kessel 42 ein. Die Hochgeschwindigkeiisbrenner 46 könnenin einer Ebene liegen, vorteilhafterweise sind sie aber In wenigstens zwei oder mehreren Ebenen übereinander und versetztzueinander angeordnet, wie Figur 3 zeigt.
Die Figuren 4a und 4b zeigen jeweils die Brennkammer 52 eines der Brenner, z.B. des Brenners 16. In die Brennkammer 52 ragt
eine Brennerlanze 50 hinein, an deren Ausströmende eine Flamme 54 brennt.
Die hierdurch entstehenden Verbrennungsgase werden über die jeweilige Brennerdüse 30 in den Kessel 12 eingeblasen, wobei
ein v'irbrennungsgas-Strahlkegel 60 entsteht.
Zur Vei besserung der Verbrennung von COzu CO2 wird nun ein Oxidationsmittel und/oder ein Katalysator durch eine Leitung 56
(Figur 4a) bzw. durch eine Leitung 58 (Figur 4 b) in die aus der Brennkammer 52 ausströmenden Verbrennungsgase eingeführt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 4a werden das Oxidationsmittel und/oder das katalytische Mittel in die Brennerdüse 30
eingespeist, in welche die Leitung 56 mündet, während bei der Ausführungsform nach Figur 4 b das Oxidationsmittel und/oder
Jer Katalysator durch die Leitung 58 direkt in den Kessel 12, insbesondere direkt in den Strahlkegel 60 eingeblasen werden. Der mit dem Oxidationsmittel und/oder dem katalytischen Mittel angereicherte VerbrennungsgaFStrom vermischt sich mit den Ofenabgasen, wodurch erreicht wird, daß sich diese Mittel mit den Ofenabgasen fein vermischen und die gewünschte Reaktion
herbeiführen bzw. fördern.
Der Verbrennungsgasstrom ist somit sowohl Impulsmedium zur Durchmischung der Ofenabgase als auch Trägermedium für
das oder die Oxidationsmittel und das oder die katalytischen Mittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für Hausmüllverbrennungsanlagen, die zum Beispiel mit Schrägrostfeuerung
arbeiten. Hier sind die Hochgeschwindigkeitsbrenner ebenfalls oberhalb der Feuerung im unteren Bereich des Kessels oder
Kesselzuges angeordnet, wie vorstehend in Verbindung mit einem Kraftwerkskessel beschrieben wurde.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reduzierung des CO-Gehaltes in Abgasen von Verbrennungsanlagen, insbesondere bei der Verbrennung von Haus- und Sondermüll, wobei der Müll ζ. B. in einem Drehrohrofen verbrannt und die Abgase durch einen dom Ofen nachgeschalteten Abhitzekessel und anschließend durch eine Reinigungsanlage geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kessel die Verbrennungsgasö von Erennern, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrennern, zusammen mit einem Oxidationsmittel und/ocle/ einem Katalysator eingeblasen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasgeschwindigkeit der Verbrennungsgase wenigstens etwa 100m/s beträgt und daß sie quer zur Strömungsrichtung der Abgase in den Kessel eingeblasen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase mit dem Oxidationsmittel und/oder dem Katalysator von gegenüberliegenden Seiten des Kessels aus aufeinander zugerichtet und in einer oder mehreren unterschiedlichen Ebenen bzw. Höhen in den Kessel eingeblasen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das (oder die) Oxidationsmittel und/oder das (oder die) katalytische(n) Mittel in die Ausströmdüsen der Hochgeschwindigkeitsbrenner oder in den Verbrennungsgasstrom im Kessel eingeführt bzw. eingeblasen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Sauerstoff, Ozon, Wasserstoffperoxid, Lachgas, Natriumperoxid und/oder Manganoxid sowie als Katalysator Kupferoxid verwendet werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kessel (12; 14) oberhalb des Ausgangs des Drehrohrofens (10) bzw. im Kessel (42) oberhalb der Feuerung eine Mehrzahl von Hochgeschwindigkeitsbrennern (16 bis 26; 46) eingebaut ist, deren Ausströmdüsen (30) ins Innere des Kessels (12; 14; 42) gerichtet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (16 bis 26) in zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden (36; 38) des Kessels (12; 14) aufeinander zugrichtet eingebaut und insbesondere in mehreren vertikal übereinanderliegenden Ebenen angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden Seitenwänden (36; 38) des Kessels sich gegenüberliegend eingebauten Brenner höhenversetzt zueinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale und der vertikale Abstand der Brenner voneinander etwa dem Durchmesser der Strahlkegel (32) der Verbrennungsgase der Brenner in der Mitte des Kessels (12; 14) entspricht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Kessel (12; 14) oberhalb der Brenner (16 bis 26) weitere Brenner (28) eingebaut sind, die horizontal zu den Brennern (16 bis 26) um deren halben Mittenabstand versetzt angeordnet sind.
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