DE102006013403A1

DE102006013403A1 - Verfahren und Einrichtung zur Abluftreinigung

Info

Publication number: DE102006013403A1
Application number: DE200610013403
Authority: DE
Inventors: Uwe Seemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: DE202006020330U1; DE102006013403B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur thermischen Behandlung von Abluft, im Allgemeinen Abluftreinigung genannt, aus mechanisch-biologischer Restabfallaufbereitungs- und Kompostanlagen oder Industrieanlagen und Laboratorien unter Einbezug einer Wirbelschichtfeuerung, in dem die schadstoffbelastete Abluft in zwei Teilströmen, nämlich einem hoch schadstoffbelasteten geruchsintensiven Abluftstrom 4 aus abgeschlossenen Bereichen und einem gering schadstoffbelasteten, verschmutzten und geruchsbelasteten Abluftstrom 3 aus frei zugänglichen Bereichen, erfasst wird, wobei der hoch belastete Abluftstrom 4 einer zweistufigen und der gering schadstoffbelastete Abluftstrom 3 einer einfachen thermischen Nachverbrennung (TNV) unterzogen wird. Der hoch belastete Abluftstrom 4 wird dazu in einem Wirbelschichtreaktor 7 mit einer stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSF) einer ersten thermischen Behandlung unterzogen. Die heißen Abgase werden einem Zyklon 8 zugeführt, wo sie mit dem gering schadstoffbelasteten, verschmutzten und unbehandelten Abluftstrom 3 vermischt und zur thermischen Oxidation gebracht werden. Beide Abluftströme 3, 4 werden vor ihrer thermischen Behandlung getrennt mit der Wärmeenergie aus dem Abgasstrom 5 vorgewärmt. Die nicht prozessgebundene Wärmeenergie des Abgasstromes 5 wird als Nutzenergie ausgekoppelt. Die Einrichtung zum Verfahren umfasst einen Wirbelschichtreaktor 7 mit einer stationären Wirbelschichtfeuerung und einem in Reihe ...

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und Einrichtung zur Abluftreinigung kontaminierter, verseuchter und geruchsbelasteter Abluft, insbesondere von Luftemissionen aus Stäuben, Pilz-spuren, Bakterien, Vieren und ähnlicher gesundheitschädlicher Bestandteile und belastender Gerüche aus Restabfallaufbereitungs- und Kompostierungesanlagen oder toxisch oder bakteriell belaste Abluft aus Produktionsstätten oder Laboratorien.

Auf deutschen Deponien darf seit dem 01. Juni 2005 nach dem Bundesimmisionsschutzgesetz vom 03.01.2001 (30.BImSchV) nur noch aufbereiteter Siedlungsabfall abgelagert werden. Dazu muß der Müll in Bio-Mechanischen-Anlagen (nachfolgend BMA genannt) aufbereitet, d. h. nach unterschiedlichen Fraktionen sortiert, die entweder Kompostiert, Verbrannt und/oder auf einer Deponie abgelagert werden. Eine notwendige Zwischenlagerung aussortierter Abfallstoffe oder die Kompostierung erfolgt in nach außen abgeschlossenen Rottkammern oder Depohallen. In gleicher Weise wird durch kurze Transportwege und räumlichem Verschluß der Förderbänder ein unkontrolliertes Entweichen der mit Stäuben, Pilzspuren, Bakterien, Vieren oder mit ähnliche gesundheitschädlichen Bestandteilen versetzten Luft und eine damit verbundene Geruchsbelästigung weitestgehend auszuschließen.

Durch eine intensive und kontinuierliche Lufterneuerung der vorgenannten Bereiche soll insbe-sondere die Gefahr einer Schadstoffvergiftung der Beschäftigten, u. a. durch Stickoxyde, Methan oder Bakterien und Vieren und im allgemeinen die Atembelastung durch Geruchsbelästigung verhindert und insgesamt die Arbeitsbedingungen für die Beschäftigten in derartigen Betriebs-stätten verbessert werden. Dieses Erfordernis gilt selbstverständlich auch für außenstehende Personen und natürlich auch für die biologische und tierische Umwelt.

Um den geschilderten Gefahren zu begegnen und eine Umweltbelastungen zu vermeiden bzw. wirksam zu verringern, liegt in den Rottkammern und Hallen einer BMA ein ständiger Unterdruck an. Das bestehende Luftdefizit wird durch Frischluft ersetzt. Die abgeführte belastete Luft wird im Anschluß gereinigt bzw. entsorgt. Dazu wird sie über mehrstufige gekapselte Filterpakete, wie Biofilter (Holzschnitzelfiltrat) und Nassfilter (Schwefelsäurebad) geführt. Im Anschluß wird die gefilterte Luft thermisch entsorgt, d. h. in einer Brennkammer (Fackel oder Wärmekraftkopplungsanlagen) unter Einsatz von Brenngas (Stadt-, Erd- oder Biogas) verbrannt und die anfallenden schadstofffreien geruchsneutralisierten Abgase in die Atmosphäre abgeleitet.

Bei hohen Anforderungen von ca. 20 000 Bm³/h MBA-Abluft wird insbesondere die sogenannte regenerative thermische Oxitationstechnik (RTO) eingesetzt. Dabei werden Spuren- und Geruchsstoffe mit einem Stützgas bei 850–1000°C verbrannt.

Bei dieser Methode bildet der Einsatz von Erdöl und Erdgas den aufwendigsten Kostenfaktor, zumal das zu verarbeitende schadstoffbelastete Luftvolumen sehr groß ist (s.o.). Biogas aus der MBA oder Deponiegas kommt als kostengünstiges Stützgas nur zum Einsatz, wenn es in ausreichender Menge verfügbar ist /2/.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich auch dadurch, dass das Filtermaterial aus den Bio-Filterpaketen durch die ausgefilterten giftigen Schadstoffe hoch belastete ist und letztlich als Sondermüll thermisch entsorgt werden muß.

Um die Kosten für die Luftreinigung zu senken, ist beispielsweise aus der Praxis bekannt, verun-reinigte Luft aus personalfreien Räumen zum Teil im Kreislauf umgewälzt und dabei einer mech-anisch/elektromechanisch Reinigung zu unterziehen.

Trotz der Reinigung kommt es bei dieser Methode zu höheren Schadstoffkonzentrationen in der Luft (analog wie in DE 199 55 162 A1 , Spalte 2, Zeile 17–20 beschrieben). Damit bleibt das Gefahrenpotential einer toxischen Vergiftung oder bakterielle Verseuchung bestehen. Arbeitsplätze in diesen Bereichen (beispielsweise in Müllverbrennungsanlagen) werden daher hermetisch und klimatisch abgekoppelt bzw. dürfen nur mit Schutzbekleidung betreten werden.

Zu den bisher wirkungsvollsten Reinigungsverfahren für Abluftströme mit organischen Schadstofffrachten zählt die thermische Nachverbrennung /5/, mit der die besten Abscheidegrade erreicht und die strengen Grenzwerte der 30. BImSchV eingehalten werden.

Bekannte ist das Verfahren der Regenerativen Thermischen Oxidation (RTO genannt). Nach diesem Verfahren zur Schwachgasbehandlung arbeitet die HAASE VocsiBox^® /1/, /2/, /3/. Die Verbrennung in der VocsiBox^® erfolgt flammlos. Die Inhaltsstoffe des Rohgases bzw. der MBA-Abluft werden beim Durchströmen eines heißen Reaktionsbettes bei ca. 1000°C gecrakt

Nach DE 199 55 162 A1 wird insbesondere ein Teil der aus der Rottstufe austretenden Abluft regenerativ in der VocsiBox^® gereinigt und ein anderer Teil der Abluft als Umluft unter Zuführung von Frischluft in die Rottstufe zurückgeführt. Damit soll die Methangasproduktion in der Rottstufe gesteigert und u. a. eine wirtschaftliche und umweltschonende Abluftbehandlung erreicht werden.

Eine nach diesem Prinzip ausgelegte Anlage zur Abluftreinigung wird beispielsweise in der EVG-Restabfallbehandlungsanlage Rostock /6/ betrieben. Bei dieser Anlage wird die Abluft wie folgt behandelt:

– Abzug hochbelasteter geruchsintensiver Rotteabluft aus abgeschlossenen Bereichen und Überleitung in eine Nasswäsche (saure Wäsche) zum Ausfällen von Amoniumsulfat, anschließend Weiterleitung in eine VocsiBox^® zur Regenerativen Thermischen Oxidation (RTO) bei ca. 850°C.
– Abzug schwach belasteter Abluft (Staub und geruchsbelastete Abluft) aus den offenen Anlagenbereichen und Weiterleitung eines Teilabluftstromes zur Belüftung der Rotte mit anschließender Ableitung als Rotteabluft.
– Abzug des nicht zur Belüftung der Rotte benötigten schwach belasteten Abluftstromes über einen Luftbefeuchter und über einen Biofilter zur Staubbindung.
– Zusammenführung der vorgereinigten schwach belasteten Abluft mit dem RTO-Abgasen und Verbrennen des Gasgemisches in einer Fackel unter Einsatz von Fremdgas (Stadtgas/Erdgas) bei 850°C mit anschließender Freisetzung in die Atmosphäre.

Trotz der erreichten intensiven und wirksamen Abluftbehandlung ist diese Methode auf Grund der baulichen Aufwendungen für Nass-, gekapselten Biofilter, RTO-Anlage und Fackel sowie durch den Einsatz hochwertiger Energieträger (Stadt- und/oder Erdgas – brauchbare Mengen von Biogas steht nicht zur Verfügung) als Brennstoff sehr kostenintensiv. Insbesondere können in der MBA aussortierte hochkalorisch brennbare Feststofffraktionen in der RTO-Anlage bzw. Fackel nicht eingesetzt werden. Sie müssen in jedem Fall anderen Verwertern zugeführt werden.

Eine weiter Verfahrenstechnologie zur Abluftbehandlung ist mit dem CTP-Autotherm-Verfahren nach /4/ bzw. aus EP 0 472 605 bekannt. Im Gegensatz zur herkommlichen RTO-Technologie mit konventio-nellen Wärmetauschern (z. B. Sattelkörper) oder geklebten Sinterkeramikplatten werden hier als Wärmespeicher extruierte Keramikkörper in Wabenbauweise eingesetzt.

Bekannt sind weiterhin thermische Nachverbrennungsanlagen mit regenerativer Abluftvorwärmung (RNV genannt) /5/.

RNV-Anlagen sind mit zwei, drei oder mehr Wärmespeicherbetten ausgerüstet. Sie werden vorrangig zur Abluftreinigung in der lösungsmittelverarbeitenden Industrie eingesetzt. Diese Anlagen arbeiten bereits bei geringen Schadstoffkonzentrationen und ohne nachgeschaltete Wärmerückgewinnung.

Die Abluftvorwärmung erfolgt in keramischen Wärmespeicherbetten. Durch das wechselseitige Durch-strömen der Wärmespeicherbetten mit heißem Reingas und kalter Abluft wird bis zu 97% der Wärme-energie im System gehalten. Die Wärmeenergie wird mittels Zusatzbrenner und die exothermische Oxidation der Schadstoffe erzeugt. RNV-Anlagen können je nach Schadstoff bereits ab 1,5g/Nm³ Schadstoffkonzentration autotherm arbeiten. Damit es beim Umschalten der Durchströmungsrichtung nicht zum Austreten von ungereinigter Abluft kommt, werden diese Anlagen mit einem Puffersystem, in der Regel aber mit einem dritten Wärmespeicherbett ausge-rüstet.

Neben der thermisch regenerativen Oxidation unterscheidet man weiterhin die thermisch rekuperative Oxidation, und die thermisch katalytische Oxidation /5/.

Thermische Nachverbrennungsanlagen mit rekuperativer Abluftvorwärmung (TNV genannt) werden bevorzugt zur Reinigung von Abluft mit hoher Schadstoffkonzentrationen eingesetzt, wie sie besonders beim Drucken, Beschichten, Laminieren und Imprägnieren entstehen. TNV-Anlagen sind weitgehend unempfindlich gegenüber aerosolförmigen Abluftinhaltsstoffen und Schwankungen der Schadstoffkonzentration.

Die Oxidation der organischen Schadstoffe findet bei einer Brennkammertemperatur von ca. 750°C statt. Zur optimalen Energieausnutzung wird die Wärmeenergie heißer Reingase genutzt, um die schadstoffbeladene Abluft vorzuwärmen. Dies geschieht in einem internen Wärmeaustauscher (Rohrbündelwärmeaustauscher). Der Wärmerückgewinnungsgrade reicht bis zu 76%. Um die Wirtschaftlichkeit weiter zu erhöhen, werden zusätzliche Wärmerückgewinnungssysteme, insbesondere zur Erzeugung von Thermalöl, Dampf, Warmwasser oder Warmluft nachgeschaltet.

Ein weitere Einrichtung zur Abluftreinigung sind thermisch katalytische Nachverbrennungsanlagen (KNV genannt).

Die KNV-Anlagen werden zur Reinigung von Abluft mit geringer bis mittlerer Schadstoffbelastung beispielsweise aus Druckereien, der chemischen und pharmazeutischen Industrie sowie von Lackier- und Beschichtungsanlagen aller Art eingesetzt. In den KNV-Anlagen erfolgt die Oxidation der Schadstoffe an einem Katalysator bei Temperaturen von 200° bis 450°C. Diese vergleichsweise geringen Temperaturen sind durch die Teilnahme eines Katalysators an der Oxidation möglich. Der geeignete Mischoxid- oder Edelmetallkatalysator muß entsprechend der in der Abluft enthaltenen Schadstoffe ausgewählt werden. Durch eine interne Abluftvorwärmung in einem Plattenwärmeaustauscher werden bis zu 85% der Wärmeenergie des heißen Reingases im System gehalten. Aufgrund der danach nur noch geringen Reintemperatur können KNV-Anlagen ohne sekundäre Wärmerückgewinnung wirtschaftlich arbeiten /5/.

Ein besonderer Nachteil besteht darin, das trotz niedriger Anlagentemperaturen die Katalysatoren einer kostenbelastenden hohen Verschleißquote unterliegen.

Die vorgenannten thermischen Abluftreinigungsverfahren finden wiederholt in der MBA-Anlagentechnik Anwendung.

Ein allgemeiner Nachteil bei Anwendung dieser Verfahren und Anlagen wird darin gesehen, das neben dem erheblichen technischen Aufwand, wie beispielsweise für die Wärmespeichersysteme Katalysatoren, Nass- und Biofilter im vorrangigen Einsatzes hochwertiger Energieträger. So ist bei allen Anlagen der ständige Einsatz eines sogenannten Stützgases (Erdgas, Stadtgas) als Ener-giequelle notwendig. Bei den heutigen Energiepreisen führt das zu einer massiven Kostenbe-lastung. Der Einsatz von Biogas aus der MBA als Stützgas, wie in /2/ genannt, ist unrealistisch, da wirtschaftliche Gasmenge erst durch Anreicherung erzeugt werden müssen. Auch steht Deponiegas in der Regel nur an Deponiestandorten zur Verfügung.

Ein weiterer Kostenfaktor bei den vorgenannten Verfahren ergibt sich aus den Wartungaufwendungen und dem Einsatz hochwertiger Reparaturmaterialien (Keramikeinsätze, Katalysatoren).

Aus DE 33 07 842 A1 ist ein Verfahren zur Nachverbrennung und Reinigung von brennbare Bestandteile enthaltenden Prozessabgasen bekannt.

Bei diesem Verfahren werden die zur Reinigung bestimmten Prozeßgase und die für die Verbrennung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gase getrennt in einen Wirbelschichtreaktor in eine zirkulierende Wirbelschicht eingeleitet, bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C verbrannt und in Gegenwart eines Gasreinigungemittels gereinigt. Als Gasreinigungsmittels wird Kalkstein und Dolimit mit einem Gewichtsanteil von mindestens 10 Gew.-% des Feststoffanteiles in der Wirbelschicht eingesetzt.

Verfahrensgemäß werden die mit den Gas aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragenen Feststoffe in einem Rückführzyklon abgefangen und in den Wirbelschichtreaktor direkt oder über einen Wirbelschichtkühler zurückgeleitet. Der stündliche Feststoffumlauf innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht soll dabei mindestens das 5-fache, vorzugsweise mindestens das 100fache des im Wirbelschichtreaktors befindlichen Feststoffgewichtes ausmacht.

Dieses Verfahren ist relativ kostenintensiv, was sich u. a. aus den 5-fachen Feststoffumlauf und der zusätzlichen Bereitstellung sauerstoffhaltiger Gase für die Verbrennung sowie aus den not-wendigen bautechnischen Maßnahmen zum getrennten Eintrag der Gase und der Rückführung der Asche aus dem Zyklon (zirkulierende Wirbelschichtfeuerung (ZWF) in den Wirbelschicht-reaktor ergibt.

Wirbelschichtreaktoren dieser Gattung sind jedoch für eine reine Abluftentsorgung aus einer MBA unwirtschaftlich. Das resultiert aus der Tatsache, dass die gesamte Abluft unabhängig vom Grad ihrer Schadstoffbelastung durch die zirkulierende Wirbelschicht verbracht werden muß. Dabei kann nicht ausgeschlossen werden, dass nicht ausreichend thermisch behandelte Abluft in die Atmosphäre gelangt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und Einrichtung zu schaffen, mit der insbesondere die

Entsorgung (allgemeinen als Abluftreinigung bezeichnet) von verseuchter, giftiger gesundheits- und umweltschädlicher Luft mit beliebig hoher Schadstoffbelastung aus Müllaufbereitungsanlagen (MBA) oder auch aus Produktionsstätten und Laboratorien auf thermischen Wege unter Einhaltung der 30. BImschV effektiv und kosteneffizient unter Nutzung einer Wirbelschichtfeuerung (WSF) erfolgen kann.

Die Merkmale des entwickelten Verfahrens gemäß Oberbegriff sind im Anspruch 1 und in den nachfolgenden Unteransprüchen zusammengefaßt.

Die Merkmale der Einrichtung zur Umsetzung des Verfahrens nach Anspruch 1 beinhaltet Anspruch 10 und 11.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird die schadstoffbelastete Abluft aus einer MBA oder einem Labor oder einer Industrieanlage in zwei Teilströmen, nämlich dem hoch schadstoffbelasteten, d. h. toxisch und/oder bakteriell sowie geruchsintensiven Abluftstrom aus abgegrenzten Bereichen und dem gering schadstoffbelasteten, verschmutzten (mit Staubfraktionen belastet) und geruchsbelasteten Abluftstrom der offenen Bereiche erfaßt.

Der hochbelastete Abluftstrom wird verfahrensseitig einer zweistufigen und der gering belastete Abluftstrom einer einfachen thermischen Nachverbrennung (TNV) unterzogen. Dazu wird der hochbelastete Abluftstrom als Verbrennungsluft in einem Wirbelschichtreaktor mit einer stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSFA) gefördert und mit einem regenerativen festen, flüssigen, gasförmigen Brennstoff oder mit hochkalorischen Abfall aus der MBA oder einem Gemisch dieser Brennstoff zur renerativ thermischen Oxidation (RTO) gebracht. Nach dieser ersten thermische Behandlung bei gleichzeitiger Zugabe von Addivat, insbesondere von gemahlenen Kalkstein zur Neutralisierung von SO₂-Verbindungen und einer Senkung von CO- und NO-Emissionen, werden die freigesetzten heißen Abgase einem Zyklon zugeführt und hier mit dem gering verschmutzten und geruchsbelasteten unbehandelten Abluftstrom vermischt und gemeinsam einer thermischen Oxidation unterzogen. Dazu ist der Einlaßbereich des Zyklon als Brennraum ausgebaut.

Mit der Passage der Abgase durch den Zyklon wird die aus der SWSF mitgeführte Flugasche ausgefilterert. Im Anschluß wird die vom Abgasstrom mittransportierte Wärmeenergie zum Vorwärmen der hochbelasteten und vor der Freisetzung in die Atmosphäre zum Vorwärmen des gering belasteten Abluftstromes ausgekoppelt. Verbleibender Energieüberschuß wird ebenfalls als Nutzenergie zur Verstromung und/oder dezentralen Wärmeversorgung abgezogen.

Die nach diesem Verfahren behandelte Abluft ist nach der RTO geruchsneutral und unterschreitet den lt, 30. BImSchV vorgegebenen CO₂-Grenzwert von 20 mg deutlich.

Die SWSF hat gegenüber einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung den Vorteil, dass die hochbelastete Abluft im stationär fluidisierten Inertbett ausreichend lange verbleibt und mit dem eingebrachten Brennstoff bei einer Temperatur im Bereich von 850°C vollständig flammenlos verbrennt. Unterstützt wird die Verbrennung durch die große Zahl glühender Quarzsandkörner, die im fluidisierten Inertbett als aktive Zündträger wirken. Damit wird eine sichere, sehr intensive, umfassende und vollständige flammenlose Verbrennung aller im Reaktor eingebrachten zündfähigen Stoffe erreicht. Insbesondere werden hochmolekulare Kohlenwasserstoffe sicher gecrackt und in niedere zerlegt, die im glühenden und fluidisierten Inertbett vollständig flammenlos verbrennen.

Vom Abgasstrom mitgerissene Partikel werden im Freeboard abgebremst und fallen stets in das Glutbett zurück, wo sie vollständig ausbrennen. Weiterhin können erfahrungsgemäß durch eine abgestimmte Zugabe von Addivat, insbesondere von gemahltem Kalkstein, SO₂-Verbindungen neutralisiert und eine wirksame Senkung von CO- und NO-Emissionen erreicht werden.

Als regenerative Brennstoffe sind neben Gas, wie Deponiegas, Pyrolysegas, Flüssiggas, nämlich Propan, Butan und deren Gemische und Liquefied Petrol Gas (LPG) ebenso flüssige und feste Brennstoffe wie Pflanzenöl (Rapsöl) oder Stroh, Altholz (Schnitzel und Pellets) oder hochkalorische Abfälle, nämlich Gummi- und Plastabfall, Pyrolysekoks und vorzugsweise Haushaltsmüll vorgesehen.

Durch den Einsatz dieser regenerativen Brennstoffe kann der Einsatz hochwertiger Energieträger als Brennstoff, nämlich von Erd- oder Stadtgas oder Erdöl eingespart und so die Energiekosten zur Abluftentsorgung langfristig deutlich verringert und damit eine hohe Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Besonders mit dem gezielten Einsatz hochkalorischer Abfälle aus einer Müllaufbereitungsanlage (MBA) werden die hochwertigen Energieträger geschont und trotzdem eine hohe Effizienz erreicht. Bisher war es nur möglich Biogas aus einer MBA als kostengünstiges Stützgas einzusetzen /2/. Mit der Möglichkeit Feststofffraktionen aus der Restmüllaufbereitung als primär Energieträger in einer stationären Wirbelschichtfeuerung einzusetzen ergibt sich der positive Effekt den Bedarf spezieller Müllverbrennungsanlagen zu verringern.

Mit dem Einsatz einer stationären Wirbelschichtfeuerung in Kopplung mit einem Zyklon mit integrierter Brennstufe können besonders die kostenaufwendigen Keramikwärmespeicher eingespart werden.

Ein weiterer Nutzeffekt ergibt sich auch dadurch, dass in Anwendung des vorgeschlagenen Verfahren keine Nass- oder Biofilter erforderlich sind. Zugleich wird die bisher übliche Fackel durch die SWSF und den Zyklon mit Brennstufe vollwertig und damit kostensenkend ersetzt. Dieser Vorteil kann auch für Ersatzinvestitionen genutzt werden. Ebenso wird der Aufwand für die Bereitstellung und Aufbereitung von Kühl- und Filterwasser verringert.

Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird in einem Schema nochmals der prinzipielle Aufbau einer Abluftreinigungsanlage mit einer integrierten SWSF und einem Zyklon mit Brennraum dargestellt und ihre Funktion am Beispiel einer MBA in den wesentlichen Verfahrensschritten beschrieben.
Die Abluftaufbereitungsanlage besteht für die erste thermische Behandlungsstufe aus einem Wirbelschichtreaktor 7 mit einer stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSF) und einem aufgesetzten Freeboard 7.2. Im Wirbelschichtreaktor 7 befindet sich der übliche Quarzsand als Inertbett 7.1.
Die SWSF kann mit festen oder flüssigen Brennstoffen 1 oder mit gasförmigen Brennstoffen 6 oder Gemischen aus diesen Brennstoffen betrieben werden. Zur sicheren Beseitigung der Schadstoffe bzw. ihrer Neutralisation wird eine Reaktionstemperatur im fludisierten Inertbett 7.1 im Bereich von 750 bis 950°C, vorzugsweise von 850°C vorgegeben. Die Verweilzeit der Abluft im Inertbett wird über die Luftsteuerung bewirkt, wobei die Leerrohrgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 2,5m/sec liegt. Die Luftsteuerung soll so eingeregelt sein, dass eine Verweilzeit der schadstoffbelasteten Abluft von mindestens 2 sec. erreicht wird. Durch eine gezielte Zugabe von Additive 2, vorzugsweise gemahlenem Kalkstein, wird zugleich eine Neutralisation von SO₂ bewirkt und CO- und NO-Emissionen entscheidend abgesenkt, so das sie bei Eintritt in die Atmosphäre keinen schädlichen Einfluß ausüben.
Im Vollbetrieb gelangt der toxisch und/oder bakterielle, in der Regel mit Stickoxyd, Methanfraktionen und Bakterien u. dgl. aus den Rottehallen abgesaugte unbehandelte Abluftstrom 4 über Wärmeaustauscher 9 in das Inertbett 7.1 des Wirbelschichtreaktors 7. Durch den Abluftstrom 4 wird gleichzeitig das Inertbett 7.1 fluidisiert. Die so kontinuierlich eingebrachte hoch belastete Abluft wird durch die im Inertbett 7.1 eingestellte Temperatur im Bereich von 850°C thermisch zersetzt und einer thermischen Oxidation und Crackung unterworfen. Insbesondere werden hochmolekulare Kohlenwasserstoffe in niedere zerlegt und im fluidisiertem Inertbett 7.1 flammenlos verbrannt. Damit wird zugleich eine Geruchs-neutralisation erzielt.
Durch Zugabe von gemahlenen Kalkstein (Addivat 2) wird eine Neutralisation von SO₂-Verbindungen und eine wirksame Senkung von CO- und NO-Emissionen erreicht.
Die aus dem Inertbett 7.1 mitgerissenen Partikel werden im querschnittserweiterten Freeboard 7.2 durch Geschwindigkeitsverlust abgefangen und fallen in das Inertbett 7.1 so oft zurück, bis sie vollständig verbrannt sind. Die vom Abgasstrom mitgerissene Flugasche wird im nachgeschalteten Zyklon 8 abgefangen.
Über die Abgasleitung 11 treffen im Zyklon 8 die heißen Abgase aus der SWSF mit einer Temperatur von über 750°C mit dem gering schadstoffbelasteten und unbehandelte Abluftstrom 3, der im Kamin 15 im eingesetzten Luftvorwärmer 13 erwärmt wurde, zusammen. Im hitzefesten Brennraum 8.1 des Zyklon 8 werden beide Gasströme intensiv verwirbelt und der unbehandelte Abluftstrom 3 zur Entzündung und damit zum Ausbrennen gebracht. Eine zusätzliche Stützfeuerung ist nicht erforderlich. Der entstehende Abgasstrom 5 wird anschließend im Zyklon 8 von Flugasche 14 gereinigt. Über die Abgassammelleitung 12 gelangt der Abgasstrom 5 in den Wärmeaustauscher 9, wo ein Teil der mitgeführten Wärmeenergie an den hochbelasteten Abluftstrom 4 zum Vorwärmen übertragen wird. Im nachfolgenden Wärmeaustauscher 10 kann entweder der gasförmige oder flüssige Brennstoff für die SWSF vorgewärmt, vorzugsweise aber Wärme als Nutzenergie zur Verstromung oder Wärmeversorgung ausgekoppelt werden. Anschließend gelangt der gereinigte Abgasstrom 5 über den Kamin 15 und nach Passage des Luftvorwärmers 13 in die Atmosphäre.
Beim ausschließlichen Einsatz der brennbaren hochkalorischen Fraktionen aus der Restmüllaufbereitung (ca. 30% von der Gesamtmüllmasse) kann die Abluftreinigung einer MBA vollständig ohne Fremdenergie autonom betrieben werden.
Lediglich in der Anfahrphase oder bei einem Stand by-Betrieb (der Wirbelschichtreaktor 7 ist thermisch verschlossen – es erfolgt keine Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft) ist Fremdenergie erforderlich. In dieser Betriebsphase wird an Stelle des hochbelasteten Abluftstromes 4 Frischluft oder der gering belastete Abluftstrom 3 als Verbrennungsluft in den Wirbelschichtreaktor 7 gefördert. Mit Erreichen der Betriebstemperatur wird die Förderung von Frischluft bzw. des Abluftstromes 3 zurückgenommen und durch den hochbelasteten Abluftstrom 4 ersetzt. Die Zuleitung des Abluftstromes 3 zum Wirbelschichtreaktor 7 erfolgt über die zuschaltbare Bypassleitung 16.
Das Verfahren hat den Vorteil, daß auf Grund der Eigenschaften der SWSF, die Abluft nicht vorbehandelt werden muß (Entsäuerung und Biofilter).
Durch die Reaktionstemperatur von durchschnittlich 850°C und der relativ langen Verweilzeit der hoch schadstoffbelasteten Abluft wird ihre sichere und vollständige Entsorgung erreicht. Mit dem Einsatz des Zyklon 8 mit einem integrierten Brennraum 8.1 wird zugleich eine zweite thermische Behandlungstufe geschaffen, die mit der Eigenwärme des Abgasstromes aus der SWSF ohne Hilfe einer Stützfeuerung eine energiesparende regenerative thermische Behandlung der übrigen gering belasteten Abluft ermöglicht.
Literatur:

/1/ Dr. J. Stockinger, J. Martens, Dr. R.Kahn „Entwicklung der Emissionsmesstechnik für MBA und Erfahrungen am Beispiel der Haas VocsiBox^®" VDI-Seminar „Messtechnik bei Verbrennungsanlagen" (434327) am 18./19.10.2005
/2/ ... „MBA-Abluftbehandlung gem. 30.BImSchV" Prospektauszug, Fa. Haase Energietechnik AG, Neumünster
/3/ ... „RTO (Regenerative Thermische Oxitation)- und TNV (Thermische Nachverbrennung)-Anlage" Projektauszug – Fa. Haase Energietechnik AG, Neumünster (unveröffentlich)
/4/ Mülleder, Thalhammer „Minderung von MBA Emissionen" FZ „Müll und Abfall" Nr.2/2004, Seite 62–66
/5/ m+w zander „Thermische Abluftreinigung" www.mw-zander.com, Stand v. 25.11.2005
/6/ Informationsblatt „Restabfallbehandlungsanlage Rostock" EVG Entsorgungs- und Verwertungsgesellschaft mbH Rostock, Tag der offenen Tür am 04.03.2006

1: Brennstoff (fest und/oder flüssig)
2: Additive
3: gering schadstoffbelasteter, unbehandelter Abluftuftstrom
4: hoch schadstoffbelasteter, unbehandelter Abluftuftstrom
5: Abgasstrom
6: Brenngas
7: Wirbelschichtreaktor
7.1: Inertbett
7.2: Freeboard
8: Zyklon
8.1: Brennraum
9: Wärmeaustauscher
10: Wärmeaustauscher
11: Abgasleitung
12: Abgassammelleitung
13: Luftvorwärmer
14: Flugasche
15: Kamin
16: Bypassleitung

Claims

Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft (Abluftreinigung) aus mechanisch – biologischer Restabfallaufbereitungs- und Kompostanlage oder Industrieanlagen und Laboratorien unter Einbezug einer Wirbelschichtfeuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die schadstoffbelastete Abluft in zwei Teilströmen, nämlich einem hoch schadstoffbelasteten geruchsintensiven Abluftstrom (4) aus abgeschlossenen Bereichen und einem gering schadstoffbelasteten, verschmutzten und geruchsbelasteten Abluftstrom (3) aus frei zugänglichen Bereichen erfaßt wird und dass der hochbelastete Abluftstrom (4) einer zweistufigen und der zweite Abluftstrom (3) einer einfachen thermischen Nachverbrennung (TNV) unterzogen wird, indem der hochbelastete Abluftstrom (4) in einem Wirbelschichtreaktor (7) mit einer stationären Wirbelschichtfeuerung (SWSF) einer ersten thermischen Behandlung unterzogen wird und dass der heiße Abgasstrom aus der SWSF einem Zyklon (8) zugeführt wird und dass hier der gering schadstoffbelastete und verschmutzte unbehandelte Abluftstrom (3) mit dem Abgasstrom aus der SWSF vermischt und zur thermischen Oxidation gebracht wird, und dass der gering belastete unbehandelte Abluftstrom (3) zuvor mit der Restwärme aus dem Abgasstrom (5) und der hoch schadstoffbelastete unbehandelte Abluftstrom (4) mit der Wärmeenergie des Abgasstromes (5) vorgewärmt und dass die nicht prozessgebundene Wärmeenergie als Nutzenergie aus dem Abgasstrom (5) ausgekoppelt wird.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft nach Anspruch 1, dadurch gekenn-zeichnet, dass in der zweiten thermischen Behandlungsstufe, nämlich im Zyklon (8) der gering belastete Abluftstrom (3) mit den Abgasen aus der SWSF vermischt und mit einer Reaktionstemperatur von wenigstens 750°C beaufschlagt und zur thermischen Oxidation gebracht wird, wobei die Zyklon-Eintrittstemperatur für den gering belasteten Abluftstrom (3) wenigstens 100°C betragen soll.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieträger für die Oxidation in der WSFA neben Gasen, vorzugsweise Deponiegas, Pyrolysegas flüssige und feste Brennstoffe, insbesondere regenerative Brennstoffe, nämlich Stroh, Altholz (Schnitzel oder Pellets), Pflanzenöl, insbesondere Rapsöl, und hochkalorische brennbare Fraktionen aus der Restmüllaufbereitung sowie Gummi- und Plastabfall oder Pyrolysekoks vorgesehen sind.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft aus einer Restmüllaufbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hochbelastete Abluftstrom (4) in den Rottehallen oder in hoch schadstoffbelasteten Bereichen von Industrieanlagen oder Laboratorien erfaßt und abgesaugt wird.
Verfahrung zur thermischen Behandlung von Abluft aus einer Restmüllaufbereitungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gering belastete Abluftstrom (3) außerhalb der Rottehallen oder abgeschlossenen Bereichen von Industrieanlagen oder Laboratorien erfaßt und abgesaugt wird.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur im Inertbett (7.1) der SWSF 750 bis 950°C, optimal in etwa 850°C betragen soll.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gering belastete Abluftstrom (3) im Kamin (13) in einem Luftvorwärmer (13) vorgewärmt wird.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anfahrphase des Wirbelschichtreaktors (7) oder nach einem Stand-by-Betrieb als Verbrennungsluft die gering schadstoffbelastete Abluft (Abluftstrom (3)) oder Frischluft zum Einsatz kommt.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Abluft nach Anspruch 1, dadurch gekenn-zeichnet, dass in der Anfahrphase des Wirbelschichtreaktors (7) oder nach einem Stand-by-Betrieb Brenngase (6) oder flüssige Brennstoffe zum Einsatz kommen.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage einen Wirbelschichtreaktor (7) mit einer stationären Wirbelschicht und einen in Reihe nachgeordneten Zyklon (8) umfaßt, wobei der Zyklon (8) im Einlaßbereich einen hitzegeschützten Brennraum (8.1) aufweist und dass in der Abgassammelleitung (12) nach dem Zyklon (8) ein erster Wärmeaustauscher (9) zur Vorwärmung des hochbelasteten Abluftstromes (4) und danach ein Wärmeaustauscher (10) zur Auskopplung von Nutzenergie und im Kamin (15) ein Luftvorwärmer (13) zum Vorwärmen des gering belasteten Abluftstromes (3) angeordnet ist.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zuleitung des Abluftsstromes (3) zum Zyklon (8) eine zuschaltbare Bypassleitung (16) zum Wirbelschichtreaktor (7) vorgesehen ist.