DE102005031528A1

DE102005031528A1 - Verfahren und Steuerungssystem zur Minderung von Korrosionen und zur Reduzierung von Ablagerungen in einer Verbrennungsanlage

Info

Publication number: DE102005031528A1
Application number: DE102005031528A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hoffmann
Original assignee: HOFFMANN GmbH and Co KG
Current assignee: HOFFMANN GmbH and Co KG
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-03-15
Also published as: FR2887894A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von in einer Verbrennungsanlage (100) aufgrund einer Verbrennung einer Substanz entstehenden Korrosionen und Ablagerungen, bei dem der zu verbrennenden Substanz und einem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas an zeitlich und örtlich mit der Verbrennung abgestimmten Stellen (110, 11, 112, 113, 114, 115, 116) in der Verbrennungsanlage (100) mit einer jeweils definierten Dosierung chemische Komponenten zugegeben werden, wobei die chemischen Komponenten in Abhängigkeit von der Substanz und des Rauchgases aus einer Gruppe chemischer Komponenten ausgewählt werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerungssystem für eine Verbrennungsanlage und die Verwendung des Verfahrens bzw. Steuerungssystems bei einer Abfallverbrennung in einer Abfallverbrennungsanlage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung bzw. Verminderung von in einer Verbrennungsanlage aufgrund einer Verbrennung einer Substanz entstehenden Korrosionen und Ablagerungen. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Steuerungssystem.

Aufgrund einer Verbrennung einer Substanz, wie beispielsweise von Hausmüll oder sonstigem Abfall, entstehen innerhalb einer entsprechenden Verbrennungsanlage Ablagerungen, die sich auf die Auskleidung und vorgesehene Wärmetauscher innerhalb der Verbrennungsanlage absetzen. Derartige rauchgasseitige Probleme, hauptsächlich Verschmutzungen und Korrosionen der keramischen Auskleidung und der Wärmetauscher, sind seit Beginn der Müllverbrennung bekannt. Ursachen der auftretenden Probleme sind ebenfalls prinzipiell bekannt, konstruktive Abhilfemaßnahmen sind wiederholt durchgeführt worden, jedoch konnten die genannten Probleme oft nicht zur vollen Zufriedenheit gelöst bzw. vermieden werden. Gründe dazu, dass nahezu alle Verbrennungsanlagen unter den genannten Problemen leiden, sind hauptsächlich darin zu sehen, dass die komplexe und oft wechselnde Zusammensetzung von Hausmüll und sonstigen zu verbrennenden Abfällen, besonders in Bezug auf kritische Komponenten, wie beispielsweise Chlor und Schwefel, sowie mögliche Schwankungen der Zusammensetzung über der Zeit in Bezug auf ihre Kritikalität nicht ausreichend berücksichtigt wird. Dies erfolgt ebenso wenig in Bezug auf die meist langsame Reaktion des Verbrennungsvorganges auf Dampfparameter-gesteuerte Regelvorgänge. Ferner ist eine ungleichmäßige Aufgabe der zu verbrennenden Substanz bzw. des zu verbrennenden Abfalls nicht immer zu vermeiden. Darüber hinaus ist der Gehalt an für eine Sulfatisierung von Chloriden erforderlichen Katalysatoren stark gesunken, was mit einem Wegfall von Verbrennungsaschen einhergeht. Die herkömmlichen Verbrennungsanlagen besitzen darüber hinaus meist keine ausreichende Flexibilität in Bezug auf kritische Änderungen der Abfall- bzw. Müllzusammensetzung im Laufe der Betriebszeit. Dabei fallen hauptsächlich die Mengen an Chlor und das Chlor/Schwefel-Verhältnis und die Heizwerte ins Gewicht. Meist sind die Verbrennungsanlagen zu eng ausgelegt. Ferner wird die Reaktionsgeschwindigkeit bei Korrektur eines Verbrennungsablaufes auf einem in der Verbrennungsanlage befindlichen Rost auf Regelungsimpulse von Dampfparameter-Messungen nach beispielsweise kurzzeitiger "falscher" Müllaufgabe oft überschätzt. Die Gefahr von sogenannter Rauchgassträhnenbildung aus einem derartigen Rost wird dabei meist unterschätzt. Nicht ausreichend berücksichtigt wird ferner die Natur bzw. Zähigkeit der genannten Rauchgassträhnen und damit die Mischbarkeit von primären Luftsträhnen mit der Sekundärluft. Kritische korrosionsbestimmende Faktoren, wie örtliche Rauchgasgeschwindigkeit und Rauchgasanpressdruck an Rauchgasumlenkungen und Querschnittsverengungen im Rauchgasweg der Verbrennungsanlage werden zudem ebenfalls nicht ausreichend berücksichtigt.

Dabei können Bereiche innerhalb einer Verbrennungsanlage ausgemacht werden, die bezüglich rauchgasseitiger Probleme, wie beispielsweise Verschlackungen, Verschmutzungen und Korrosionen, als besonders gefährdet angesehen werden können. Eine keramische Auskleidung eines Verbrennungskessels bzw. eines Feuerraums der Verbrennungsanlage und eines so genannten ersten Zuges sind beispielsweise besonders durch Verschlackung und Korrosion gefährdet. Sogenannte Flossenwände hinter der keramischen Auskleidung sind stark korrosionsanfällig. Ferner sind Bereiche des sogenannten ersten Zuges, die nicht keramisch oder anderweitig mit einer Verkleidung geschützt sind, durch Verschmutzung und Korrosion beeinträchtigt. Strahlungsheizflächen der sogenannten ersten drei Züge sind ebenfalls sehr verschmutzungs-, seltener korrosionsanfällig. Weitere innerhalb der Verbrennungsanlage bzw. des Feuerraums der Verbrennungsanlage sich befindende Berührungsheizflächen sind ebenfalls durch Verschmutzung und Korrosion gefährdet.

Derartige Probleme sind einerseits auf verwendete Einsatzstoffe und eingesetzte Apparate- und Verfahrenstechnik zurückzuführen. Sind dabei die Einsatzstoffe nicht beeinflussbar, so sollte die Verbrennungsanlage so störungsunempfindlich wie möglich ausgestaltet sein. Somit ist in erster Linie auf eine optimale Auslegung der Verbrennung bzw. der Feuerung unter Berücksichtigung des zu verbrennenden Mülls bzw. der zu verbrennenden Substanz zu achten. Ferner ist auch die Auslegung eines in der Verbrennungsanlage vorgesehenen Dampferzeugers zu berücksichtigen. Als chemische und physikalische Ursachen für rauchgasseitige Probleme sind unter anderem Verschlackungen durch schmelzflüssigen Austrag aus dem Verbrennungs- bzw. Feuerraum der Verbrennungsanlage, Verschlackung und Verschmutzung durch Alkali-, Erdalkali- und Schwermetallgehalte sowie Chlor und Schwefel in der zu verbrennenden Substanz, Korrosionen an in der Verbrennungsanlage befindlichen Rohrstahl durch Chlor- und Schwefel-Verbindungen, wobei der Schwefel zumeist nur indirekt an den Korrosionen beteiligt ist, und Korrosionen an keramischem Material, was durch Sauerstoffüber- und -unterschuss bei zu hohen Temperaturen und Alka lien und durch die Zusammenwirkung von physikalischen Vorgängen und Schmelzbildung bekannt ist, zu nennen.

Fast alle auftretenden Korrosionen an Wärmetauscherrohren in Verbrennungsanlagen, insbesondere in Müllverbrennungsanlagen, aber auch in Holzverbrennungsanlagen, lassen sich auf Reaktionen mit Chlorverbindungen zurückführen, weniger auf den Angriff durch Sulfatschmelzen. Verstärkt treten Korrosionen immer dann auf, wenn Veränderungen in der Zusammensetzung der zu verbrennenden Substanz vorgenommen werden, was einhergeht mit einer Heizwerterhöhung, einer Erhöhung von Alkali-/Schwermetall-Gehalten, sowie Änderungen des Chlor/Schwefel-Verhältnisses und einer Verringerung an Katalysatoren in der zu verbrennenden Substanz.

Maßnahmen gegen derartige Korrosionen wurden bisher durch Vermeidung von zu hohen Kondensationen von Alkali-Chloriden während der Anfahrzeit vorgenommen, indem ein möglichst niedriges Angebot an Alkalien in dem brennbaren Anteil der zu verbrennenden Substanz gefördert wurde. Ferner wurden Rohre durch eine keramische Auskleidung vor Reaktionen in sauerstoffarmen Rauchgasbereichen geschützt, und eine Sulfatisierung der Alkali-Chloride vor dem Auftreffen auf die potentiell gefährdeten Rohrflächen wurde durch Vergrößerung des Verbrennungs- bzw. Feuerraums oder durch Senkung der Rauchgasgeschwindigkeiten auf das zulässige Mindestmaß gefördert. Ferner wurde versucht, den Verbrennungsablauf auf dem Rost zur Vermeidung von Rauchgassträhnen-Bildung gleichmäßiger zu gestalten und die Rauchgas-Mischung wurde durch Sekundärluft- und/oder Rauchgas-Rezirkulationsgas-Eindüsung optimiert. Darüber hinaus wurde die Entstehung von Rauchgaswirbeln mit erhöhtem Anpressdruck auf die Rohre vermieden.

Ein verstärkter Einsatz von Feuerraumauskleidungen und Bestampfungen mit feuerfesten Werkstoffen hat zwar einerseits Rohrwandkorrosion zurückgedrängt, andererseits aber auch Fragen nach deren Korrosionsbeständigkeit aufgeworfen. In jedem Fall muss auch eine Verstärkung rauchgasseitiger Probleme, wozu auch Verschmutzungen gehören, durch Veränderung des Brennstoffes sowohl in chemischer als auch in physikalischer Hinsicht über die Rauchgaszusammensetzung und die Rauchgas-Homogenität in Betracht gezogen werden. Dabei steht insbesondere ein Anstieg des Chlorgehaltes in der zu verbrennenden Substanz, eine Verringerung des Schwefelgehaltes und eine Verringerung des Gehaltes an Katalysatoren, wie beispielsweise Fe₂O₃ im Rauchgas im Vordergrund. Zwar sind alle chemischen Komponenten in den rauchgasseitigen Belägen in irgendeiner Form an Verschlackung und Verschmutzung beteiligt, jedoch entsprechend ihrer jeweiligen Konzentration jeweils in unterschiedlichem Grade und entsprechend dem physikalischen Charakter ihrer Verbindung mehr oder weniger entscheidend für die Stärke und die betriebliche Abreinigkeit der Ablagerungen. Bezüglich Korrosion ist mit wenigen Ausnahmen Chlorid in den Belägen entscheidend. Aus Untersuchungen an einer Vielzahl von Müllverbrennungsanlagen hat sich ergeben, dass immer eine geringe Anzahl von Komponenten zur Bewertung einer Feuerung bzw. der Gesamtanlage und zur Analyse von Schadensfällen und dem Finden ihrer Ursache herangezogen werden müssen. Dieses sind die chemischen Komponenten Chlorid und Siliziumdioxid.

Vor dem Hintergrund des hier kurz angesprochenen diskutierten Standes des Technik wäre es nun wünschenswert, ein Verfahren und ein Steuerungssystem für eine Verbrennungsanlage bereitstellen zu können, mit deren Hilfe eine verbesserte Verbrennung bzw. Feuerung im Hinblick auf eine Reduzierung bzw. Minimierung von rauchgasseitigen Problemen innerhalb der Verbrennungsanlage ermöglicht wird.

Dazu schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung von in einer Verbrennungsanlage aufgrund einer Verbrennung einer Substanz entstehenden Korrosionen und Ablagerungen mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und ein Steuerungssystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 9 vor.

Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zur Reduzierung von in einer Verbrennungsanlage aufgrund einer Verbrennung einer Substanz entstehenden Korrosionen und Ablagerungen bereitgestellt, bei dem der zu verbrennenden Substanz und einem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas an zeitlich und örtlich mit der Verbrennung abgestimmten Stellen in der Verbrennungsanlage mit einer jeweils definierten Dosierung chemische Komponenten zugegeben werden, wobei die chemischen Komponenten in Abhängigkeit von der Substanz und des Rauchgases aus einer Gruppe chemischer Komponenten ausgewählt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Verminderung bzw. gegebenenfalls sogar eine Vermeidung von eingangs dargelegten rauchgasseitigen Problemen erzielt werden. Bei den rauchgasseitigen Problemen handelt es sich beispielsweise um eine in der Verbrennungsanlage auftretende Verschlackung, Verschmutzung oder um dort auftretende Korrosionen. Bei der Verbrennungsanlage kann es sich dabei um eine Abfallverbrennungsanlage oder eine thermische Verwertungsanlage bzw. eine Biomasse-Verbrennungsanlage handeln. Ferner ist es auch denkbar, dass es sich bei der Verbrennungsanlage um eine mit einem Ersatzbrennstoff befeuerte Kohlefeuerungsanlage handelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden gestuft der zu verbrennenden Substanz und dem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas chemische Komponenten zugegeben bzw. eingedüst, welche eine Bildung schädlicher Rauchgaskomponenten verhindern oder zumindest reduzieren. Bei der zu verbrennenden Substanz kann es sich dabei um eine gasförmige, eine flüssige oder auch eine feste Substanz handeln. Bei der Substanz kann es sich dabei um Hausmüll, um klinischen und/oder industriellen Abfall und/oder Ersatzbrennstoffe handeln.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei Ablagerungen um Substanzen, die sich beispielsweise auf Heizrohroberflächen oder anderen von der Verbrennung beeinflussten Oberflächen innerhalb der Verbrennungsanlage während der Verbrennung absetzen. Sie werden durch aus der Verbrennung hervorgehende Stoffe gebildet. Es kann sich dabei beispielsweise um Kohlenstoff in Form von Ruß, um Schwefel oder Schwefelverbindungen oder um Asche eines Brennstoffs handeln. Die Ablagerungen sind im allgemeinen hart und fest anhaftend. Befinden sich die Ablagerungen auf Stahl oder einem anderen Metall, so wird dadurch die Wärmeleitfähigkeit des Stahls bzw. Metalls stark herabgesetzt, wodurch die Gesamteffizienz der Verbrennungsanlage negativ beeinflusst wird. Zudem können die Ablagerungen Korrosionen verursachen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als chemische Komponenten Komponenten aus einer Gruppe verwendet, die zumindest organische und anorganische Schwefelverbindungen, elementaren Schwefel, Flugasche, Eisensulfat, Calcium-, Magnesium- und Ammoniumnitrate umfasst.

Ferner ist es denkbar, dass die Komponenten in staubförmiger und/oder flüssiger Form verwendet werden. In welcher Form die Komponenten verwendet werden ist dabei letztlich abhängig von den jeweiligen Möglichkeiten einer optimalen Verteilung im Rauschgas.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die chemischen Komponenten sowohl hinsichtlich ihrer Zusammensetzung wie auch hinsichtlich ihrer einzusetzenden Menge und des zu beaufschlagenden Druckes in Abstimmung mit dem Ort, der Zeit und der Art der Eindüsung an eine jeweilige konstruktive Auslegung einer Verbrennungsanlage und eines damit verbundenen Dampferzeugers sowie auch lastabhängig zugegeben. Bei der Verbrennungsanlage kann man dabei unterscheiden zwischen einer sogenannten Feuerung mit Walzenrosten und Gleichstromfeuerung oder mit Vorschubrosten mit Mittelstromfeuerung. Dabei kann ein Dampferzeuger mit Vertikalkonstruktion oder ein Dampferzeuger mit Tail-End-Konstruktion zum Einsatz kommen. Die zu verwendenden chemischen Komponenten werden darüber hinaus an die zu verbrennende Substanz angeglichen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es denkbar, eine Dosierung geeigneter chemischer Komponenten an verschiedenen Orten der Anlage jeweils zu verschiedenen Zeiten vorzunehmen. Prinzipiell können bspw. drei Stufen bei einer in einer entsprechenden Anlage vorzunehmenden Verbrennung, bspw. von Müll, unterschieden werden. In einer ersten Stufe wird die Anlage mittels eines Brenners zunächst aufgeheizt. In dieser Stufe werden in einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens der Anlage oberhalb der zur nachfolgenden Aufgabe von Müll vorgesehenen Stelle innerhalb der Anlage und an einer oder mehreren weiteren Stellen oberhalb des Brenners jeweils geeignete, möglicherweise an den verschiedenen Stellen verschiedene chemische Komponenten zugegeben. Dabei werden die chemischen Komponenten an den verschiedenen Stellen auch bei unterschiedlichen Temperaturen bzw. in unterschiedlichen Temperaturzonen eingedüst, was wiederum hinsichtlich ihrer Zusammensetzung Berücksichtigung findet. Prinzipiell unterscheidet man innerhalb einer beschriebenen Verbrennungsanlage zwischen verschiedenen sog. Zügen. In der beschriebenen ersten Stufe werden vorzugsweise nur dem ersten Zug an den genannten Stellen chemischen Komponenten zugeführt.

In einer zweiten Stufe, die dem Zustand der Anlage entspricht, in welchem der Anlage erstmalig Müll zugegeben wird, werden der Anlage an mehreren weiteren verschiedenen Stellen chemische Komponenten zugegeben. Bei einer Temperatur zwischen etwa 1.050°C und 1.150°C werden geeignete Komponenten direkt an die Stelle der Müllaufgabe eingedüst. Oberhalb der Stelle der Müllaufgabe werden bei etwa gleicher Temperatur ebenfalls geeignete chemische Komponenten, die sich von den zuerst genannten chemischen Komponenten unterscheiden können, zugegeben. Ferner werden chemische Komponenten an einer oder mehreren Stellen, zumeist an zwei Stellen oberhalb des Brenners bei etwa 850°C im ersten Zug eingedüst. Alternativ zu der Eindüsung der chemischen Komponenten in den ersten Zug können die beiden genannten Stellen oberhalb des Brenners auch "ersetzt werden" durch geeignete Stellen im zweiten, dritten und vierten Zug der Anlage. Die Temperatur, bei welcher die chemischen Komponenten zugegeben werden, sinkt dabei mit steigender Numerierung der Züge, das bedeutet im zweiten Zug werden die Komponenten bspw. bei ca. 750°C, im dritten Zug bei etwa 650°C und im vierten Zug bei etwa 450°C zugegeben. Die alternativen Möglichkeiten der Zugabe der chemischen Komponenten hängen dabei vom Typ der Anlage, von deren Konstruktion und ferner von der Zusammensetzung des zu verbrennenden Mülls bzw. der zu verbrennenden Substanz sowie von der gewählten Fahrweise der Anlage ab. Die Dauer der Zugabe der genannten chemischen Komponenten beträgt dabei bspw. etwa 4–6 Stunden.

In einer dritten Stufe, die einem Dauerbetrieb der Anlage gleich kommt, werden der Anlage ständig entsprechende chemische Komponenten zugegeben. Dies erfolgt vorzugsweise unmittelbar an der Stelle der Müllaufgabe und ferner an den beiden bereits genannten oberen Stellen im ersten Zug, d.h. oberhalb des Brenners oder alternativ zu diesen oberen Stellen im ersten Zug, im zweiten, dritten oder vierten Zug. Letzteres erfolgt wiederum bei entsprechend fallenden bzw. variierten Temperaturen.

Angepasst an eine jeweilige Konstruktion einer Verbrennungsanlage werden die Orte der Eindüsung der chemischen Komponenten ausgewählt. Die chemischen Komponenten werden dabei an mehreren Stellen der Verbrennungsanlage vor und/oder während der Verbrennung stufenweise zugegeben, insbesondere am Ort der Aufgabe der Substanz, d.h. beispielsweise der Müll- bzw. Abfallaufgabe in die Verbrennungsanlage, am Ort der eigentlichen Feuerung im Verbrennungs- oder Kesselraum der Verbrennungsanlage, und an in verschiedenen ausgewählten Höhen befindlichen Stellen bzw. verschiedenen Temperaturzonen innerhalb des Verbrennungsraums. Das bedeutet, dass eine Eindüsung im sogenannten ersten Zug und auch im zweiten bis vierten Zug in verschiedenen Höhen vorgenommen wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgesehen, dass durch Zugabe der chemischen Komponenten, insbesondere vor Beginn der Verbrennung, auf durch die Verbrennung beaufschlagten Oberflächen in der Verbrennungsanlage eine Schutz-/Opferschicht gebildet wird. Das bedeutet, dass die thermisch belasteten bzw. korrosionsgefährdenden Oberflächen, wie beispielsweise die Wärmetauscherrohre, durch eine Eindüsung der chemischen Komponenten bzw. einer ausgewählten Gruppe der chemischen Komponenten vor Beginn der Verbrennung der zu verbrennenden Substanz mit einer derartigen Schutzschicht abgedeckt werden. Dadurch wird eine Ablagerung der gefährdenden Rauchgasbestandteile auf diesen somit geschützten Oberflächen reduziert bzw. bestenfalls gänzlich vermieden. Eine derartige Schutzschicht kann dabei zum Teil in Pulverform oder als wäßrige Lösung auf die zu schützenden bzw. abzudeckenden Oberflächen aufgebracht werden. Die Schutzschicht besteht im wesentlichen aus Alumosilikaten und Eisenoxid. Durch die Schutzschicht wird zum Einen ein Durchdringen von Chloriden bis zur zu schützenden Oberfläche, wie bspw. zu einer Heizrohrwand, verhindert. Ferner fungiert die Schutzschicht als sog. "Opferschicht", indem an bzw. mit ihr anstelle der zu schützenden Oberfläche Reaktionen von bzw. mit auftretenden Chlorverbindungen bzw. Chlor vonstatten gehen.

Ferner ist es in einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, die zu verbrennende Substanz, insbesondere vor Beginn der Verbrennung, durch Zugabe einer Auswahl der chemischen Komponenten ebenfalls mit einer Schicht zu belegen. Durch eine derartige Schicht kann eine primäre Bildung von korrosionsunschädlichen Sulfaten anstelle von Chloriden gefördert werden.

In einer weiteren denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die chemischen Komponenten in die Verbrennungsanlage mittels eines Steuerungssystems automatisch und kontrolliert zugegeben.

Die Eindüsstellen bzw. Dosierstellen der chemischen Komponenten an der Verbrennungsanlage sind dabei je nach Typ von Verbrennungsanlage unterschiedlich anzuordnen, um ein optimales Zusammenwirken der chemischen Komponenten mit der zu verbrennenden Substanz bzw. dem entstehenden Rauchgas zu erzielen.

Die chemischen Komponenten können im Falle von flüssigen Komponenten als Konzentrat zunächst zur Verfügung gestellt werden und am Ort der Verbrennungsanlage in einer dort vorgesehenen Misch- und Dosierstation automatisch verdünnt werden. Die somit verdünnte chemische Komponente kann sodann über vorgesehene Leitungen, wie beispielsweise Schlauchleitungen, von der Dosierstation zu einzelnen geplanten und entsprechend angeordneten Dosierstellen an der Verbrennungsanlage gepumpt werden. An einer derartigen Dosierstelle wird nunmehr die entsprechende chemische Komponente beispielsweise über sogenannte Zweistoff-Düsenlanzen mit einem angepassten Druck in die Verbrennungsanlage eingedüst. Dies kann unmittelbar in einen Strom des Rauchgases innerhalb der Verbrennungsanlage erfolgen. Dabei eingesetzte Dosierpumpen sind dabei lastabhängig bzw. schadstoffmengenabhängig regelbar.

Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Steuerungssystem für eine Verbrennungsanlage zur Steuerung einer dosierten Zugabe von ausgewählten chemischen Komponenten zu einer in der Verbrennungsanlage zu verbrennenden Substanz und einem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas, wobei das Steuerungssystem Dosiereinheiten bzw. Dosierstellen umfasst, die an vordefinierten Stellen der Verbrennungsanlage angeordnet sind, mindestens eine Einstelleinheit zum Einstellen einer jeweiligen Dosierung der chemischen Komponenten an den jeweiligen Dosiereinheiten und eine Steuereinheit, die in zeitlich und örtlicher Abstimmung mit der Verbrennung in der Verbrennungsanlage die entsprechend vordefinierte jeweilige Dosierung der chemischen Komponenten an den Dosiereinheiten ansteuern und kontrollieren kann.

In der Einstelleinheit kann neben dem Einstellen einer jeweiligen Dosierung auch ein Mischverhältnis von zu verwen denden chemischen Komponenten eingestellt werden. Ferner ist es denkbar, an der Einstelleinheit einen Druck einzustellen, mit dem eine entsprechende chemische Komponente bzw. ein Gemisch chemischer Komponenten in die Verbrennungsanlage eingedüst werden soll.

In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems sind die Steuereinheit und/oder die Einstelleinheit räumlich von der Verbrennungsanlage getrennt angeordnet. Damit wird eine zentrale Fernsteuerung und/oder -einstellung der jeweiligen Dosierung der chemischen Komponenten an den jeweiligen Dosiereinheiten ermöglicht.

Das bedeutet, dass eine Steuerung bzw. eine Einstellung einer Dosierung von ausgewählten chemischen Komponenten bzw. eines Gemischs von ausgewählten chemischen Komponenten nicht unmittelbar am Ort einer Dosierstelle vorgenommen werden muss, sondern zentral gesteuert werden kann. Ferner kann eine derartige Steuerung bzw. Einstellung automatisiert sein.

Ferner ist es denkbar, dass die Steuereinheit des Steuerungssystems eine Anzeigeeinheit umfasst, die die Zugabe der chemischen Komponenten vor und/oder während einer Verbrennung dynamisch anzeigt. Bei der Anzeigeeinheit kann es sich beispielsweise um ein Display handeln.

Ferner ist es denkbar, dass die Steuereinheit und die Einstelleinheit eine Gesamteinheit bilden, die beispielsweise fern von der anzusteuernden Verbrennungsanlage angeordnet ist.

Darüber hinaus ist es denkbar, dass das erfindungsgemäße Steuerungssystem für mehrere Verbrennungsanlagen gleichzeitig eingesetzt werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder des erfindungsgemäßen Steuerungssystems bei einer Abfallverbrennung in einer Abfallverbrennungsanlage. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer Abfallverbrennungsanlage sowohl eine Müllverbrennungsanlage, eine thermische Verwertungsanlage sowie eine Biomasse-Verbrennungsanlage zu verstehen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Aufsicht auf eine Verbrennungsanlage mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungssystems.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer Verbrennungsanlage mit an geeigneten Stellen vorgesehenen Dosiereinheiten.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung
In 1 ist eine Aufsicht auf eine Verbrennungsanlage 1 dargestellt. Die Verbrennungsanlage 1 verfügt über einen Kessel 2, in welchem eine Verbrennung einer zu verbrennenden Substanz stattfindet. Der Kessel beinhaltet Kesselrohre 3 und eine mit einer Auskleidung versehene Kesselwand 4. Ferner ist ein Steuerungssystem 5 vorgesehen, welches eine Dosiereinheit 6 in Form einer Dosierlanze aufweist. Die Dosierlanze ist zum Teil in den Kessel 2 der Verbrennungsanlage 1 eingeführt und weist an ihrem kesselseitigen Ende eine Düse 7 auf. In der Dosierlanze 6 verlaufen ferner eine erste Schlauchleitung 8 und eine zweite Schlauchleitung 9. Die Dosierlanze 6 ist darüber hinaus mit einer Kühlung versehen. Über die Schlauchleitung 8 kann nunmehr eine geeignete Mischung von chemischen Komponenten aus einem Liefertank 10 zu der Düse geleitet werden. Über die Schlauchleitung 9 kann dabei geeignete Druckluft zugeliefert werden, um an der Düse 7 zum Eindüsen der Mischung der chemischen Komponenten einen geeigneten Sprühdruck herstellen zu können. Eine weitere hier vorgesehene Einheit 11 umfasst eine Einstelleinheit zum Einstellen der jeweiligen Dosierung der chemischen Komponenten an der Dosierlanze 6 und ferner eine Steuereinheit, die in zeitlicher Abstimmung mit der Verbrennung in der Verbrennungsanlage die entsprechend vordefinierte Dosierung der chemischen Komponenten an der Dosierlanze 6 ansteuert und kontrolliert.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungsanlage 100. Die Verbrennungsanlage kann bspw. zur Verbrennung von Müll dienen. Die Verbrennungsanlage 100 weist einen Brenner 101 auf. Ferner verfügt sie über einen Rost 103, an welchem nachfolgend Müll aufgebracht werden kann, um in der Verbrennungsanlage 100 verbrannt zu werden.
Ferner verfügt die Verbrennungsanlage 100 über eine Mehrzahl verschiedener sog. Züge, hier dargestellt über ersten bis vierten Zug. Darüber hinaus weist die Verbrennungsanlage 100 an verschiedenen Stellen am Seitenrand der Anlage Dosiereinheiten 110 bis 116 auf. Die Dosiereinheiten befinden sich dabei zum einen in verschiedenen Höhen am Rande des ersten Zuges (Dosiereinheit 110 bis 113) und ferner an verschiedenen Zügen. Somit befindet sich eine Dosiereinheit 114 am Übergang vom ersten Zug zum zweiten Zug, eine weitere Dosiereinheit 115 am Übergang vom zweiten Zug zum dritten Zug und eine weitere Dosiereinheit 116 am Übergang zwischen dritten Zug und vierten Zug. Durch verschiedene Schraffierungen werden ferner verschiedene Temperaturzonen kenntlich gemacht. Im unteren Bereich, d.h. an der Stelle der Müllaufgabe herrscht die größte Temperatur, die bspw. zwischen 1.050°C und 1.150°C liegen kann. Im oberen Tel des ersten Zuges herrscht etwa eine Temperatur von 850°C, im zweiten Zug und im unteren Teil des dritten Zuges sinkt die Temperatur auf etwa 650°C ab und im oberen Teil des dritten Zuges sowie im oberen Teil des vierten Zuges herrscht eine Temperatur von etwa 450°C. Bei Verbrennen von Müll entsteht nunmehr ein Rauchgas, welches bei einem hier mit Pfeilen dargestellten Weg durch die Verbrennungsanlage geführt wird.
In 3 ist in schematischer Darstellung ein möglicher Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt. Gezeigt sind drei Stadien bzw. Stufen I, II, III einer Verbrennungsanlage während ihres Betriebs. Die hier dargestellte Verbrennungsanlage 100 verfügt über einen Brenner 101. Ferner weist sie einen Kessel 102 auf, an dessen Rand an verschiedenen Stellen Dosiereinheiten 110 bis 116 vorgesehen sind. Der Kessel 102 verfügt darüber hinaus über, im hier dargestellten Fall, vier sog. Züge, nämlich ersten Zug, zweiten Zug, dritten Zug und vierten Zug. Am unteren Rand des Kessels 102 befinden sich ferner ein Rost 103, an welchem eine zu verbrennende Substanz bspw. Müll aufgegeben wird. Am Rande des Kessels 102 befindet sich im ersten Zug in verschiedener Höhe im Bezug auf den Brenner 101 und den Rost 103 mehrere Dosiereinheiten 110 bis 113. Im zweiten Zug befindet sich eine weitere Dosiereinheit 114, nämlich am Übergang von ersten Zug zum zweiten Zug, eine weitere Dosiereinheit ist am Übergang zwischen zweiten Zug und dritten Zug vorgesehen, und noch eine weitere Dosiereinheit 116 ist am Übergang zwischen zweitem und drittem Zug angeordnet.
In Stadium I ist ein Aufheizvorgang der Verbrennungsanlage 100 bei Inbetriebnahme des Brenners 101 dargestellt. In diesem Stadium I wird dem Kessel 102 über die Dosiereinheiten 110 und 111 ein jeweiliges Gemisch aus chemischen Komponenten zurückgeführt. Die jeweiligen Gemische bzw. geeigneten Zusammensetzungen werden entsprechenden Reservaten S, F, E, N und C entnommen, wie durch entsprechende Pfeile kenntlich gemacht ist. Die gewählten chemischen Komponenten werden dabei in Art und Menge der an den entsprechenden Eindüsorten herrschenden Temperatur angepasst. Mit Inbetriebnahme des Brenners 101 erfolgt eine Eindüsung der chemischen Komponenten über eine Dauer von etwa 4 bis 6 Stunden. Die Dauer der vorgenommenen Dosierung hängt jedoch im allgemeinen von der Anlage 100 ab, und kann demnach von Anlage zur Anlage variieren. Durch Zugabe der chemischen Komponenten bereits beim Aufheizvorgang, kann auf den während einer nachfolgenden Verbrennung korrosions- und ablagerungsanfälligen Oberflächen eine Schutzschicht aufgebracht werden.
In Stadium II ist ein Zustand dargestellt, bei welchem eine Zündung bereits vollzogen ist und der Verbrennungsanlage bzw. dem Kessel 102 Müll zugeführt worden ist, was am unte ren Rand des Kessels 102, nämlich am Rost 103 durch eine flammenartige Struktur kenntlich gemacht ist.
In diesem Stadium werden der Anlage nunmehr über die Dosiereinheit 113, d.h. direkt an die Stelle der Aufgabe bei einer Temperatur von etwa 1.050°C bis 1.150°C chemische Komponenten zugegeben. Ferner werden dem ersten Zug über die Dosiereinheit 110 bei etwa der gleichen Temperatur weitere chemische Komponenten zugesetzt. Im oberen Bereich des ersten Zuges können nun über die Dosiereinheiten 111 und 112 ebenfalls geeignete chemische Komponenten zugeführt werden. Alternativ zu der Zugabe chemischer Komponenten über die Dosiereinheiten 112 und 111 können auch über die Dosiereinheiten 114, 115 und 116 in die entsprechend anderen Züge chemische Komponenten eingedüst werden. Es ist auch möglich Eindüsungen an allen dargestellten Dosiereinheiten vorzunehmen, was wiederum in Abhängigkeit von der Verbrennungsanlage und der zu verbrennenden Substanz und anderen Bedingungen durchgeführt werden kann. Eine Dosierung im zweiten Zug erfolgt dabei etwa bei einer Temperatur von 750°C, d.h. bei Dosierung an der Dosiereinheit 114. Werden über die Dosiereinheit 115 chemische Komponenten zugegeben, so herrscht hierbei in etwa eine Temperatur von 650°C und bei Dosierung bzw. Eindüsung chemischer Komponenten in den vierten Zug, nämlich über die Dosiereinheit 116, wird dies bei einer Temperatur von etwa 450°C vorgenommen. Die Dauer der Dosierung im Stadium II bewegt sich auch in etwa zwischen 4 bis 6 Stunden, was auch hier wieder von der genauen Auslegung der Verbrennungsanlage abhängen kann. Durch Zugabe von chemischen Komponenten direkt an die Stelle der Müllaufgabe kann erreicht werden, dass der Müll selbst, wie bereits erwähnt, mit einer Schicht umgeben wird, um so bspw. eine primäre Bildung von korrosionsunschädlichen Sulfaten anstelle von Chloriden zu fördern.
In Stadium III ist ein Stadium der Verbrennungsanlage 100 aufgezeigt, bei welchem es sich um ein Dauerbetrieb bei der Verbrennung bspw. von Müll handelt. Hier wird über die Dosiereinheit 111, 112 und 113 ständig eine jeweilige chemische Komponente eingedüst. Die Zusammensetzung der eingedüsten chemischen Komponenten differiert dabei wiederum mit der Höhe, an welcher die jeweiligen Dosiereinheiten 111, 112 und 113 an der Wand des Kessels 102 im ersten Zug angeordnet sind. Ebenso differieren mit der Höhe der Dosiereinheiten die Art der chemischen Zusammensetzung und die Menge der chemischen Zusammensetzung. Die verschiedenen Höhen innerhalb des Kessels 102 gehen, wie bereits erwähnt, einher mit unterschiedlichen Temperaturzonen, was aus 2 ersichtlich ist. Demnach müssen der zu verbrennenden Substanz bzw. eines dabei entstehenden Rauchgases in den verschiedenen Temperaturzonen verschiedene chemische Komponenten zugesetzt werden, um eine der Temperatur entsprechende chemische Reaktion hervorzurufen, die wiederum eine mögliche Ablagerung von Stoffen auf den Wänden bzw. Oberflächen innerhalb des Kessels 102 verhindert. Auch im Stadium III können alternativ oder zusätzlich zur Dosierung im oberen Bereich des ersten Zuges die Dosiereinheiten im zweiten, dritten und/oder vierten Zug verwendet werden. Hierbei werden die chemischen Komponenten aufgrund der Auslegung der Verbrennungsanlage bei mit zunehmender Numerierung der Züge abnehmender Temperatur eingedüst.

Claims

Verfahren zur Reduzierung von in einer Verbrennungsanlage (1, 100) aufgrund einer Verbrennung einer Substanz entstehenden Korrosionen und Ablagerungen, bei dem der zu verbrennenden Substanz und einem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas an zeitlich und örtlich mit der Verbrennung abgestimmten Stellen in der Verbrennungsanlage (1, 100) mit einer jeweils definierten Dosierung chemische Komponenten zugegeben werden, wobei die chemischen Komponenten in Abhängigkeit von der Substanz und des Rauchgases aus einer Gruppe chemischer Komponenten ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als chemische Komponenten Komponenten aus einer Gruppe verwendet werden, die mindestens organische und anorganische Schwefelverbindungen, elementaren Schwefel, Flugasche, Eisensulfat, Calcium-, Magnesium- und Ammoniumnitrat umfasst
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Komponenten in staubförmiger und/oder flüssiger Form verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch Zugabe der chemischen Komponenten, insbesondere vor Beginn der Verbrennung, auf durch die Verbrennung beaufschlagten Oberflächen in der Verbrennungsanlage (1, 100) eine Schutzschicht insbesondere umfassend Aluminosilikat und Eisenoxid, gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zu verbrennende Substanz, insbesondere vor Beginn der Verbrennung, durch Zugabe der chemischen Komponenten mit einer Schutz- bzw. Opferschicht umgeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Verbrennungsanlage (1, 100) eine Verbrennungsanlage mit Walzrosten mit Gleichstromfeuerung oder mit Vorschubrosten mit Mittelstromfeuerung und mit einem Dampferzeuger mit Vertikalkonstruktion oder mit Tailendkonstruktion oder mit einer Kohlefeuerungsanlage mit Ersatzbrennstoffen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die chemischen Komponenten in die Verbrennungsanlage (1, 100) mittels eines Steuerungssystem automatisch und kontrolliert zugegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die chemischen Komponenten an mehreren Stellen (110, 111, 112, 113, 114, 115, 116) der Verbrennungsanlage (1, 100) vor und/oder während der Verbrennung stufenweise zugegeben werden, insbesondere am Ort der Aufgabe (113) der Substanz in die Verbrennungsanlage (1, 100) und an in verschiedenen ausgewählten Höhen befindlichen Stellen bzw. Temperaturzonen innerhalb eines Verbrennungsraums der Verbrennungsanlage.
Steuerungssystem für eine Verbrennungsanlage (1, 100) zur Steuerung einer dosierten Zugabe von ausgewählten chemischen Komponenten zu einer in der Verbrennungsanlage zu verbrennenden Substanz und einem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas, wobei das Steuerungssystem Dosiereinheiten (6, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116), die an vordefinierten Stellen der Verbrennungsanlage angeordnet sind, mindestens eine Einstelleinheit zum Einstellen einer jeweiligen Dosierung der chemischen Komponenten an den jeweiligen Dosiereinheiten und eine Steuereinheit umfasst, die in zeitlich und örtlicher Abstimmung mit der Verbrennung in der Verbrennungsanlage (1, 100) die entsprechend vordefinierte jeweilige Dosierung der chemischen Komponenten an den Dosiereinheiten (6, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116) ansteuern und kontrollieren kann.
Steuerungssystem nach Anspruch 9, bei dem die Steuereinheit und/oder die Einstelleinheit räumlich getrennt von der Verbrennungsanlage (1, 100) angeordnet sind und so eine zentrale Fernsteuerung und/oder -einstellung der jeweiligen Dosierung der chemischen Komponenten an den jeweiligen Dosiereinheiten (6, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116) möglich ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Steuereinheit eine Anzeigeeinheit umfasst, die die Zugabe der chemischen Komponenten vor und/oder während einer Verbrennung dynamisch anzeigt.
Steuerungssystem nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem die Steuereinheit und die Einstelleinheit eine Gesamteinheit bilden.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem mittels der Einstelleinheit ferner der Druck, mit welchem die chemischen Komponenten zugegeben werden, einstellbar ist.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder des Steuerungssystems nach einem der Ansprüche 9 bis 13 bei einer Abfallverbrennung in einer Abfallverbrennungsanlage.