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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Schadstoffpotentials
in Abgasen und Rückständen von
Verbrennungsanlagen.
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In
Verbrennungsanlagen erfolgt eine Verbrennung von Brennstoffen in
einem Brennstoffstrom. Flüssige
oder gasförmige
Brennstoffe sind gut vermischbar und damit homogenisierbar. Sie lassen
sich damit in einen Brennstoffstrom mit sehr geringen Schwankungsbreiten
in der Zusammensetzung, Heizwert oder Schadstoffgehalt der Verbrennung
zuführen.
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Dagegen
sind feste Brennstoffe grundsätzlich
schlechter vermischbar, womit bei deren Verbrennung mit größeren Schwankungsbreiten
der vorgenannten Art zu rechnen ist. Weist eine feste Brennstoffmenge
wie z. B. Abfälle
zusätzlich
noch eine inhomogene Zusammensetzung von Brennstoffpartikeln unterschiedlicher
Größe auf,
vergrößert sich
die möglichen
Schwankungsbreiten erheblich. Insbesondere die inhomogene Zusammensetzung
von Brennstoffströmen
aus Abfällen
aus Haushalten mit stark variierenden Brennwerten (Heizwerten) und
Schadstoffausgangsstoffgehalten und die folglich variierenden Verbrennungseigenschaften
erschweren den Betrieb im Vergleich zu anderen technischen Verbrennungsprozessen.
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Ein
Schadstoffausgangsstoff mit einer besonderen Bedeutung für Müllverbrennungen
umfasst Chlor und Chlorverbindungen. Diese Stoffgruppe führt bei
einer Verbrennung zu Chlorwasserstoff (HCl) oder anderen Chlorverbindungen
und gilt als maßgeblicher
Verursacher von beispielsweise polychlorierten Dibenzo-p-dioxine und Dibenzofurane (PCDD/F)
im Rauchgas. Chlor ist ein Grundbestandteil insbesondere vieler
Kunststoffe wie PVC und tritt in Hausmüll und Industriemüll gleichermaßen selektiv
in einzelnen Müllkomponenten,
dennoch aber integral in großen
Mengen auf.
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Chlorwasserstoff
ist ein giftiger und ätzend wirkender
Stoff, für
die Gesetzgeber in der Bundesrepublik Deutschland (z. B. in der
TA-Luft) oder anderen Ländern
Emissionswerte aus Verbrennungsanlagen und anderen technischen Anlagen
festgelegt haben.
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Aufgrund
ihrer Toxizität
hat der Gesetzgeber in der Bundesrepublik Deutschland in der 17.
Bundesimmissionsschutzverordnung (17.BImSchV) einen Grenzwert für die Emission
dieser Verbindungen aus Müllverbrennungsanlagen
von 0,1 ng TEQ/Nm3 (TEQ = Toxizitätsäquivalent)
festgelegt. Dieser Grenzwert für
PCDD/F im Verbrennungsabgas ist nach heutigem Kenntnisstand durch
eine alleinige Optimierung der Feuerungsbedingungen nicht einhaltbar.
Die Konzentration der PCDD/F im Verbrennungsabgas muss deswegen
mit einer der Verbrennung nachgeschalteten zusätzlichen Rauchgasreinigung
wie z. B. mit Hilfe von Nasswäschern
mit Absorptionskomponenten unter den vorgeschriebenen Grenzwert
abgesenkt werden.
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Weiter
wird in der
WO 02/064235
A2 hierzu die Verwendung eines Materials für Absorptionskomponenten
der vorgenannten Art zur Rückhaltung
von polyhalogenierten Verbindungen (PCDD/F) vorgeschlagen, bestehend
aus Kohlenstoffpartikeln in einer Matrix aus einem Polyolefin.
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Alternativ
lassen sich die Emissionen von PCDD/F im Rauchgas mit Hilfe von
Schwefeloxiden im Rauchgas oder die Zuführung von Schwefelverbindungen
in die Verbrennung mindern.
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In
der
US 4 793 270 A wird
zur Verringerung der Dioxinbildungsrate im Rahmen einer Müllverbrennung
neben schwefelhaltige Kohle auch CS
2, CaS
und SO
2 in den Verbrennungsvorgang eingebracht.
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Ebenso
wird im Rahmen der
DE
199 53 418 A1 zur Verminderung von Dioxinen im Abgas von chemischen
Prozessen eine Zugabe von Amidosulfonsäuren und Sulfamid zum Brennstoff
vorgeschlagen.
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Zusätzlich verursacht
Chlor im technischen Betrieb von Verbrennungsanlagen aufgrund der
Bildung z. B. von Salzsäure
aber auch erhebliche Korrosionsschäden. Zusätzlich ist Chlor als Bestandteil des
Rauchgases an Korrosionsprozessen im Kesselbereich maßgeblich
beteiligt, die durch Stillstandzeiten und zeitaufwändige Reparaturen
die Betriebskosten erhöhen.
Wegen dieser Korrosionsproblematik werden folglich von Betreibern
großtechnischer
Abfallverbrennungsanlagen bestimmte Abfallfraktionen mit hohen Chlorgehalten
nur zu relativ hohen Kosten verbrannt.
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Eine
Minderung der Korrosionsprobleme versprechen z. B. Schutzbeschichtungen
in den relevanten Bereichen, insbesondere dem Kessel. Außerdem mindern
hohe SO2-Konzentrationen im Rohgas oder
hohe Sulfatgehalte in den Flugaschen die Korrosionsprobleme.
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In
der
DE 198 49 022
A1 wird zur Verminderung von Korrosion schwefelhaltige
Chemikalien wie SO
2 und MgSO
4 in
das Brenngas eingeleitet.
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Im
Rahmen der
DE 602
11 476 T2 (aus der
WO 02/059526 A1 wird eine Zugabe einer schwefelhaltigen
Chemikalie wie (NH
4)
2SO
4, NH
4HSO
4, H
2SO
4 oder
FeSO
4 zur Korrosionsminderung vorgeschlagen.
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DE 101 31 464 B4 schlägt ein Verfahren
zur korrosions- und emissionsarmen Mitverbrennung hochhalogenierter
Abfälle
in Abfallverbrennungsanlagen mit einer Zugabe von Schwefel oder
schwefelhaltigen Chemikalien vor.
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Auch
die
DE 198 02 274
C2 offenbart ein Verfahren zur Korrosionsminderung beim
Betrieb eines Kessels einer Müllverbrennungsanlage,
wobei Schwefel oder schwefelhaltige Verbindungen in den Feuerraum
oder die heißen
Abgase vor Erreichen der korrosionsgefährdeten Heizflächen eingebracht
werden.
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Auch
in der
WO 2006/134227
A1 wird wie in der
WO 2006/124772 A2 zur Korrosionsminderung an
Dampfkesseln eine Zugabe von Fe(SO
4)
3 oder Al
2(SO
4)
3 bzw. SO
2, SO
3, H
2SO
4, Schwefel oder Schwefelsalze
vorgeschlagen.
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Grundsätzlich erfolgt
die Co-Verbrennung von Schwefel, Schwefelverbindungen oder schwefelhaltigen
Brennstoffen (z. B. kommunaler Klärschlamm, Altreifenabfälle oder
schwefelhaltige Kohle) oder Zudosierung von SO2/SO3, H2SO4 oder
anderen schwefelhaltigen Verbindungen z. B. (NH4)2SO4 ins Abgas vor
Eintritt in den Dampfkessel.
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Ferner
offenbart die
DE 103
38 752 B9 einen prozessintegrierten SO
2-Kreislauf
im Rahmen einer Müllverbrennung,
der keine externe Zudosierung von Schwefel oder Schwefelverbindungen
erfordert. Dieses Verfahren erfordert eine Rauchgasreinigung mit nasser
SO
2-Abscheidung mittels mindestens eines Nasswäschers.
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Alle
Verfahren beruhen darauf, dass mit steigender SO2 und/oder
SO3 Konzentration im Rauchgas die Sulfatierung
und damit die Minderung des Chloridgehaltes der Flug- und Kesselascheablagerungen
erreicht wird. Bei fast allen Verfahren ist aber ein Überschuss
von Schwefelverbindungen bei der Abfallverbrennung erforderlich,
um eine verminderte Dioxinbildung oder Korrosionsminderung sicherzustellen.
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Die
zusätzlich
der Verbrennung zugeführten Schwefelverbindungen
führen
neben der verminderten PCDD/F-Bildung und der positiven Auswirkungen auf
Korrosionsprozesse zu höheren
Schwefel oxidkonzentrationen im Rauchgas, die für eine Einhaltung der entsprechenden
Emissionsgrenzwerte mit größeren Neutralisationsmittelmengen
abgeschieden werden müssen.
Der höhere
Neutralisationsmittelbedarf verursacht zusätzlich eine höhere Rückstandsmenge,
die kostenintensiv als Sonderabfall zu entsorgen ist.
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Davon
ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur
Reduzierung des Schadstoffpotentials in Abgasen und Rückständen von
Verbrennungsanlagen bei Einsatz von festen Brennstoffen mit stark
variierender Chlorbeladung vorzuschlagen, das ohne höhere Rückstandmengen auskommt
und auch bei trockenen und quasitrockenen Rauchgasreinigungsanlagen
anwendbar ist. Außerdem
soll eine gleichmäßigere Verteilung
von Chlor in Verbrennungsrückständen (z.
B. Rostasche), Flugstäuben
und Rauchgasreinigungsrückständen erreicht
werden.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs
gelöst. Unteransprüche geben
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
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Dazu
werden Maßnahmen
zur Einstellung einer im technischen Maßstab zu realisierende gleich bleibend
ablaufende Verbrennung vorgeschlagen. Damit wird eine konstante
Schadstoffbildung und Ausbrandgüte
angestrebt.
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Als
eine Maßnahme
zur Erzeugung einer gleich bleibend ablaufenden Verbrennung wird
vorgeschlagen, zusätzlich
zu dem in die Verbrennung ausmündenden
ersten Brennstrom mit den vorgenannten festen Brennstoff mit inhomogenen
Schadstoffgehalten mindestens einen zweiten Brennstoffstrom mit
mindestens einem zweiten Brennstoff parallel der Verbrennung zuzuführen. Die
Zuführung erfolgt
in der Weise, dass der summierte Zustrom an Schadstoffausgangsstoff,
aber optional zusätzlich
an Heizwert und/oder Zusammensetzung homogen oder in die Verbrennung
in einem engen Intervall homogen geschieht. Die zweiten und optional
weiteren Brennstoffströme
dienen dem Ausgleich einer oder mehrerer stofflichen Inhomogenitäten im ersten Brennstoffstrom
und bedürfen
folglich einer individuellen Regelung ihres Stoffstroms, vorzugsweise
Volumenstroms. Vorzugsweise liegen die Brennstoffe in diesen zweiten
und ggf. folgenden Brennstoffströmen
zwecks einer besseren Regelbarkeit in homogenisierter und gut förder- und
portionierbarer Form vor, beispielsweise als Flüssigkeit, Suspension oder Partikelschüttung.
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Bei
einer Müllverbrennung
bestehen die genannten zweiten und optional weiteren Brennstoffströme vorzugsweise
aus zerkleinertem oder verflüssigten,
d. h. einem förderfähigen Müll einer
oder überwiegend
einer Müllfraktion
(Abfall) umfassend z. B. Holz, Kunststoffe, Altöle, Cellulose, Chemikalien, Verbundstoffe
oder Sortierreste. Diese Müllfraktionen zeichnen
sich durch eine besonders ausgeprägte Eigenschaft wie einen hohen
Brennwert oder eine schnelle Entzündbarkeit oder einen hohen
Gehalt eines bestimmten Brennstoffausgangsstoffs wie z. B. Chlor
aus, sodass bereits ein geringer zweiter oder weiterer Brennstrom
auch stärkere
Inhomogenitäten im
(ersten) Brennstoffstrom kompensierbar macht. Wesentlich ist, dass
der zweite und ggf. weitere Brennstoffstrom einen Brennstoff mit
bekannter oder überwiegend
bekannter Brennstoffzusammensetzung (und optional Brennwert) umfasst.
Die Brennstoffströme
werden dabei vorzugsweise separat in die Brennkammer zur Verbrennung
geleitet oder vor der Verbrennung zu einem gemeinsamen Brennstoffstrom
gemischt und in die Verbrennung geleitet.
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Eine
Einstellung eines gleich bleibenden Chlorgehalts im Abgas der Verbrennung
erfolgt vorzugsweise über
eine Hinzudosierung eines chlorhaltigen Brennstoffs, beispielsweise über ein
Granulat von Chlorhaltigen Kunststoffen wie PVC im zweiten Brennstoffstrom.
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Für eine Einstellung
einer gleich bleibenden Verbrennung (z. B. über zusätzliche optionale Dampfproduktion-,
Heizwert- und/oder Zusammensetzungsregelung) eignet sich eine geregelte
Zudosierung vorzugsweise eines leichtentzündlichen Brennstoff wie Cellulose,
Lösungsmittel
oder Abfälle. Eine
gleich bleibende, d. h. eine ohne Schwankungen in Emission und Ausbrand
ablaufende kontinuierliche Verbrennung begünstigt eine gleich bleibende
Schadstoffbildung und einen kontinuierlichen Ausbrand während der
Verbrennung zusätzlich.
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Die
Regelung des zweiten und ggf. weiteren Brennstoffstroms ist eine
Volumen- oder Massenstromregelung. Für die Bestimmung der Regelgrößen sind
Messaufnehmer zur selektiven Erfassung der Schadstoffe, insbesondere
von HCl, in den Brennraum und/oder der Nachbrennzone (Kessel) und/oder
Rohgaskanal vorgesehen. Die ergänzende Regelung
der Zufuhr eines zweiten oder weiteren Brennstoffs und damit der
Verbrennung erfolgt über Daten
aus der Dampfproduktion oder Temperatur an festgelegten Messstellen
im Brennraum, Rost, in der Verbrennung oder Nachbrennzone. Diese
Messwerte werden in einem Prozessrechner mit entsprechenden Sollwerten
verglichen und in Stellgrößen für die Reglung
umgesetzt.
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Ziel
ist zunächst
nicht eine Reduzierung der Emissionen am Kamin, sondern eine im
Maßstab
zu realisierende gleichbleibende Schadstoffbildung und/oder Verbrennung.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen
gemäß der Erfindung
bewirken in vorteilhafter eine im technischen Maßstab realisierbare gleich bleibende
Konzentration an korrosiven Schadstoffen wie z. B. HCl, H2SO4 oder sonstigen
Schadstoffen. Außerdem
wirken diese einer Bildung von polychlorierten Dibenzo-p-dioxine
und Dibenzofurane (PCDD/F) im Rauchgas in vorteilhafter Weise entgegen.
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Eine
gleich bleibende Konzentration an Schadstoffen im Abgas begünstigt den
Betrieb einer Abgasabreinigung. Gegenüber schwankenden Konzentrationen
mit diskreten Konzentrationsspitzen ist für eine Abreinigung eines konstanten
Konzentrationsniveaus ein geringerer Überschuss an Neutralisationsmittel
für die
Abscheidung von HCl oder auch anderen Schadstoffen wie z. B. Schwefeloxide
erforderlich. Ferner begünstigt
eine gleich bleibende Schadstoffbildungsrate in einer vorzugsweise
gleichmäßig verlaufenden
Verbrennung einen gleichmäßigen Ausbrand
und damit Verbrennungsrückstände insbesondere
Schlacken gleich bleibender Zusammensetzung, was eine Verwertung
oder Deponierung dieser Rückstände vereinfacht.
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Insbesondere
Korrosionsprobleme durch Chlor und der hohe Neutralisationsmittelverbrauch
in der trockenen bzw. quasitrockenen Rauchgasreinigung lassen sich
durch eine gleichmäßige und
geregelte Chlorkonzentration im Rauchgas mindern.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei dargestellte Ausführungen
beibeispielhaft für
die Erfindung offenbart sind. Hierzu zeigt
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1 den
prinzipiellen Aufbau einer Rost-Verbrennungsanlage für feste
Brennstoffe wie Müll.
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Eine
Rost-Verbrennungsanlage gem. 1 umfasst
die Feuerung 1 mit Brennrost 2, Brennraum 3 sowie
einer darüber
angeordneten Nachbrennkammer 4. Der Nachbrennkammer nachgeschaltet
ist ein Wärmeüberträgerbereich 5,
beispielsweise ein oder mehrere Wärmeüberträger eines Kessels oder Boilers.
Ferner ist eine Brennstoffzufuhr 6 in den Brennraum 3 vorgesehen,
umfassend im Beispiel eine Zufuhr eines zusätzlichen Brennstoff 7 über eine
Fördervorrichtung 8 aus
einem eigenen Silo 9 sowie eines ersten Hauptbrennstoffstroms 10 für den festen Brennstoff
jeweils direkt in den Brennraum.
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Für eine gleichmäßige und
geregelte Chlorkonzentration im Rauchgas wird eine kontinuierliche und
synchrone Regelung 11 der Fördervorrichtung 8 vorgeschlagen.
Die Regelung erfolgt anhand empirisch ermittelter Zusammenhänge vorzugsweise
zwischen der gemessenen Chlorkonzentration im Rauchgas und der Fördergeschwindigkeit
des zweiten oder weiteren Brennstoffs, in erster Näherung gegenläufig synchron
zueinander. Mit einem Messaufnehmer 12 wird die Chlorkonzentration
in einem Rohgaskanal 13 zwischen dem Wärmeüberträgerbereich 5 und einem
nachgeschaltetem Sprüh- oder Trockenabsorber 14 ermittelt
und als Messsignal über
eine Messleitung 15 der Regelung 11 zugeführt. Das Messsignal
wird in der Regelung 11 mit einem Sollwert verglichen.
Ein hieraus generiertes Stellsignal wird über eine Steuerleitung 16 an
die Fördervorrichtung
weitergeleitet.
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Die
Zuführung
der zusätzlichen
Brennstoffe 7 erfolgt geregelt aus den Silo 9,
vorzugsweise ausschließlich
anhand der gemessenen Chlorkonzentrationen im Rauchgas. Optional
erfolgt der Hauptbrennstoffstrom 10 in den Brennraum ebenfalls
geregelt, vorzugsweise begrenzt auf eine Drosselung bei einer Überschreitung
einer vorgebbaren Chlorkonzentration im Rauchgas am Messaufnehmer 12 weiter
bevorzugt nach erfolgter Reduzierung der Zuführung der zusätzlichen
Brennstoffe 7.
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Für die Messung
der Chlorkonzentration im Abgas können auch Messaufnehmer an
mehrere Messpunkte vorzugsweise im Bereich der Wärmeüberträgerbereiche 5 oder
des Rohgaskanal 13 herangezogen werden.
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Sinkt
im Abfall und damit im Rauchgas die Chlorkonzentration, kann aus
dem separaten Silo 9 zusätzlicher Brennstoff dosiert
werden. Der Brennstoff kann bevorzugt direkt in den Feuerraum auf
das Gutbett oder im Abfallaufgabebereich zudosiert werden.
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Steigt
die Chlorkonzentration im Rauchgas zu stark an, kann die zusätzliche
Dosierung reduziert oder abgeschaltet werden.
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Die
geregelte Chlorkonzentration im Rohgas führt insbesondere zu einer gleichmäßigen Chorbelastung
im Rauchgas. Konzentrationsspitzen und -senken der Rohgas-Chlorbeladung
werden durch den Messaufnehmer gleich nach Entstehung umgehend erfasst
und durch die genannte Regelung der Brennstoffströme auf einem
vorgegebenen Konzentrationsniveau eingeregelt. Das Konzentrationsniveau ist
so einzustellen, dass ein Korrosionsangriff insbesondere am Kessel
tolerierbar ist. Optional ist insbesondere die Hauptbrennstoffzufuhr
bei einer Überschreitung
des Chlor-Konzentrationsniveaus reduzierbar. Folglich können stark
korrosive Beläge
mit stark erhöhten
Chlorkonzentrationen im Kesselbereich vermieden werden.
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Aufgrund
der vorgenannten Maßnahmen
tritt in den Bereich der Rauchgasreinigung ein Rauchgas mit deutlich
geringeren Konzentrationsschwankungen an Chlorverbindungen ein.
Die geringeren Konzentrationsschwankungen gestatten einen Betrieb der
Rauchgasreinigungsanlage mit einem geringeren Neutralisationsmittelüberschuss,
so dass durch nachgeschaltete Abreinigungsstufen, umfassend eine
Zugabe von staubförmigen
Kalziumhydoxid, Kalziumcarbonat, Natriumhydrogenkarbonat, Kohlenstoffhaltigen
Adsorbenzien und/oder Koks 17 (gelöst oder suspendiert in Wasser
oder mit separater Wasserzufuhr) in das Abgas. In der darauf folgenden weiteren
Abscheidung der Schadstoffe im vorgenannten Sprüh- oder Trockenabsorber 14 sowie
in einem Gewebefilter 18 entsteht ein Rückstandstrom 19 mit
toxischen Stäuben
aus dem Rauchgasreinigungssystem, der aufgrund der geringeren Konzentrationsschwankungen
geringer ausfällt.
Folglich ist auch nur eine geringere Rückstandsmenge zu entsorgen.
Das gereinigte Abgas wird dann über
einen Kamin 20 abgeleitet. Die Zugabe von staubförmigen Kalziumhydoxid
und Koks 17 in den Sprüh-
oder Trockenabsorber und/oder in das Abgas erfolgt vor zugsweise
ebenfalls in Abhängigkeit
zu der Chlorbeladung geregelt bevorzugt über die Regelung 11.
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Die
Maßnahmen,
insbesondere umfassend die Zufuhrregelung des Hauptbrennstoffstroms 10 eignen
sich nicht nur für
die Sicherstellung einer gleich bleibenden Bildung von Chlorverbindungen oder
einer homogen ablaufenden Verbrennung, sondern auch in besonderem
Maße zur
Stabilisierung der Stickoxidbildungsrate.
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- 1
- Feuerung
- 2
- Brennrost
- 3
- Brennraum
- 4
- Nachbrennkammer
- 5
- Wärmeübrertragungsbereiche
- 6
- Brennstoffzufuhr
- 7
- zusätzlicher
Brennstoff
- 8
- Fördervorrichtung
- 9
- Silo
- 10
- Hauptbrennstoffstrom
- 11
- Regelung
- 12
- Messaufnehmer
- 13
- Rohgaskanal
- 14
- Sprüh- oder
Trockenabsorber
- 15
- Messleitung
- 16
- Steuerleitung
- 17
- Kalziumhydroxid,
Kalziumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kohlenstoffhaltigen Adsorbenzien
und/oder Koks
- 18
- Gewebefilter
- 19
- Rückstandstrom
- 20
- Kamin