DE19538736A1 - Abfallverbrennungsverfahren und Vorrichtung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abfallverbrennungsverfahren nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 und eine Vorrichtung hierfür nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.

Die Verbrennung von schadstoffhaltigen, brennbaren Abfällen sowie die Konsistenz solcher Abfälle bereitet feuerungstechnische Probleme. Aus diesen Gründen wird in den meisten Fällen immer noch die Deponierung bevorzugt. Sofern eine Verbrennung erfolgt, erfolgt diese in großvolumigen Anlagen, z. B. in Drehrohranlagen mit nachgeschalteter Brenn­ kammer oder mit speziellen Aufgabevorrichtungen, z. B. mit einer Faßbeschickung. Außer­ dem werden für die Abfallverbrennung die Brennkammern der Feuerungsanlagen aufwen­ dig konstruiert. Entsprechend der Brennkammerkonstruktionen benötigen solche Anlagen besondere, auf den Anwendungsfall gesondert ausgelegte Rauchgasreinigungsanlagen. Der Wirkungsgrad solcher Gesamtanlagen ist daher auf max. 75% begrenzt, insbesondere auch da für die Verbrennung Mindestsauerstoffgehalte vorgeschrieben sind.

Wenn solche problematischen Abfälle in anderen, nicht dafür eigens hergestellten Anlagen verbrannt werden sollen, werden je nach Konsistenz und Art der Abfälle gesonderte Anlage und andere Feuerungsverfahren eingesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Abfallverbrennungsverfahren, bei dem mit wenig Aufwand konventionelle Feuerungsanlagen wie Kohlestaubfeuerungen oder Wirbel­ schichtanlagen einsetzbar sind. Mit dem Verfahren soll außerdem die Einhaltung bestehen­ der Emissionsgrenzwerte möglich sein. Aufgabe ist außerdem eine entsprechende Abfall­ verbrennungsanlage.

Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren wird diese Aufgabe mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Abfallverbrennungs­ anlage wird die Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patent­ anspruchs 13.

Erfindungsgemäß können problematische Abfälle, wie Kunststoffe, Shredderleichtmüll, Holzreste, ölverschmutzte Tücher (insbesondere Filtertücher), Bindemittel, Bleicherden, Gummiartikel usw. auf Feuerungsanlagen ohne großen Aufwand verbrannt werden, wenn die problematischen Abfälle bei erhöhter Temperatur einer Vorverkohlung unterzogen wer­ den, bei der brennbare Gase aus den Abfällen ausgetrieben werden, um dann zusammen mit Kohle in einer Feuerungsanlage verbrannt zu werden. Die hierbei entstehende Verbren­ nungswärme wird abgeführt und als Prozeßwärme, z. B. zur Stromerzeugung, eingesetzt. Wesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung, daß auch bei der Zugabe des vorverkohlten Abfalls nur eine solche Sauerstoffmenge der Verbrennung zugeführt wird, daß in dem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas ein Sauerstoffgehalt von max. 9 Vol.% enthalten ist. Die Zufuhr der Sauerstoffmenge erfolgt üblicherweise durch Luftzufuhr, wobei vorzugs­ weise die Luftzufuhr (bzw. die Sauerstoffzufuhr) auf einen Sauerstoffüberschuß eingestellt ist, so daß im Rauchgas Minimum 0,5 Vol.% Sauerstoff enthalten ist. Vorzugsweise enthält das Rauchgas höchstens 7 Vol.% und insbesondere höchstens 6 Vol.% Sauerstoff. Aus feuerungstechnischen Gründen wird der Sauerstoffüberschuß in der Regel auf mindestens 2 Vol.%, insbesondere auf mindestens 4 Vol.% im Rauchgas eingestellt. Hierdurch wird erreicht, daß die Verbrennung der problematischen Abfälle mit den bekannt hohen Wir­ kungsgraden der Kohleverbrennung erfolgt und die Möglichkeiten der bestehenden Anla­ gen zur Einhaltung der geforderten Emissionsgrenzwerte ausgenutzt werden können. Die zusätzliche Kohlebeschickung kann mit Braunkohle, insbesondere mit Steinkohle, erfolgen.

Die Zuführung des Abfalls erfolgt vorteilhaft derart, daß der vorverkohlte Abfall max. 50 Gew.% der Gesamtbeschickung Kohle/verkohlter Abfall ausmacht. Eine Begrenzung der vorverkohlten Abfallmenge auf 25 Gew.% der Gesamtbeschickung führt zu einer beson­ ders vorteilhaften Dimensionierung der Vorverkohlungsanlage in Bezug auf die Feuerungs­ anlage. Üblicherweise werden mindestens 0,5 Gew.% vorverkohlter Abfall der Gesamtbe­ schickung beigegeben, vorteilhaft enthält die Gesamtbeschickung mindestens 2 Gew.% vorverkohlten Abfall, um beispielsweise chargenweise anfallenden Abfall in akzeptabel kur­ zen Prozeßzeiten verbrennen zu können. Das bei der Vorverkohlung anfallende brennbare Gas wird vorteilhaft mit in die Feuerungsanlage gegeben, dies erfolgt insbesondere über in der Feuerungsanlage (beispielsweise zum Hochfahren der Anlage) vorhandene Gas­ brenner.

Die Vorverkohlung des Abfalls kann im gewünschten Fall unter Sauerstoffzusatz (beispielsweise Luftzufuhr) erfolgen, wobei der Sauerstoffzusatz üblicherweise unter­ stöchiometrisch (Faktor 0,2 bis 0,8) erfolgt. Durch die Sauerstoffzugabe erfolgt eine teil­ weise Oxidation, insbesondere des brennbaren Gases, wodurch die für die Verkohlung notwendige erhöhte Temperatur zumindest teilweise erhalten wird. Die Vorverkohlung findet vorteilhaft bei einer Temperatur im Bereich 200 bis 700°C, insbesondere 400 bis 600°C statt. Übliche Vorverkohlungszeiten sind wenige Minuten bis wenige Stunden, abhängig von der Vorverkohlungstemperatur und des eingesetzten Abfalls. Bei der Vorverkohlung wird vorteilhaft der überwiegende Teil des in den Abfällen vorhandenen austreibbaren brennba­ ren Gases ausgetrieben, insbesondere mindestens 80% und besonders vorteilhaft minde­ stens 90%.

Der vorverkohlte Abfall wird vorzugsweise gemeinsam mit der Kohle in die Feuerungsan­ lage zugegeben, wodurch zusätzliche bauliche Maßnahmen entfallen. Als Feuerungsanla­ gen eignen sich insbesondere Wirbelschicht- und Staubfeuerungsanlagen, wobei der vor­ verkohlte Abfall im Regelfall in einer für die Wirbelschicht geeigneten Partikelgröße anfällt. Für die Staubfeuerung wir der vorverkohlte Abfall vorteilhaft gemeinsam mit der Kohle auf die gewünschte Partikelgröße (üblicherweise < 100 µm) vermahlen. Als Feuerungsanlage findet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft eine konventionelle, auf 100% Kohlefeuerung ausgelegte Anlage Verwendung, die insbesondere ohne zusätzliche Rauch­ gasfilter zum Einsatz kommt.

Für die Abfallverbrennungsanlage kommen also insbesondere konventionelle Kohlekessel, z. B. mit einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung oder einer Staubfeuerung mit trocke­ nem oder flüssigen Ascheabzug zum Einsatz. Diese Feuerungsanlagen werden mit keiner besonderen konstruktiven Einrichtung zur Einbringung der vorverkohlten Abfälle ausgerü­ stet. Ebensowenig kommen erfindungsgemäß vorteilhaft keine zusätzlichen Brennstoffe oder zusätzlichen Abgasreinigungsstufen als die für die Verbrennung der Kohle ohnehin notwendigen zum Einsatz. Die Vorverkohlung des Abfalls ist eine thermische Aufbereitung, die die speziellen chemischen oder physikalischen Eigenschaften des Abfalls berücksichtigt und eine optimale Kombination zur Verbrennungsanlage gewährleistet. Die Vorverkohlung erfolgt üblicherweise in einer direkt oder indirekt beheizten drehbaren Trommel (Drehrohrreaktor) statt. Der Drehrohrreaktor ist vorteilhaft zu seinem Ausgang hin geneigt, so daß der vorverkohlte Abfall am unteren Ende herausfällt und der Kohlebeschickungsein­ richtung zugeführt werden kann. Die für die Beheizung der Vorverkohlungsanlage notwen­ digen Energien (beispielsweise Dampf, Strom) können vorzugsweise aus einem mit der Feuerungsanlage verbundenen Kraftwerk entnommen werden. Da durch die Vorverkohlung praktisch alle Abfälle, die brennbare Stoffe enthalten, der Feuerungsanlage zuführbar sind, können neben festen auch flüssige oder gasförmige Abfälle beseitigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Eine Wirbelschichtfeuerungsanlage 1 hat eine Steinkohlezufuhr 2, in die Steinkohle einer Partikelgröße von max. 10 mm zugeführt wird und eine Luftzufuhr 3, über die die Steinkohle zu einer Wirbelschicht 4 unter Verfeuerung aufgeblasen wird. Die hierbei entstehenden Rauchgase 5 gelangen in einen Zyklon 6, in dem größere Partikel vom Rauchgas 5 abge­ schieden und der Wirbelschicht erneut zugeführt werden. Die verbleibenden Rauchgase mit kleinen Partikeln gelangen in einen Economizer 7 und von dort zu einem Gewebefilter 8. Zusätzlich hat die Wirbelschichtfeuerungsanlage 1 eine Bettascheentnahme 9 und eine Kalkzufuhr 10. Problematische Abfälle, beispielsweise ölverschmutzte Filtertücher, Holz­ reste, Shredderleichtmüll oder müllhaltige Metallschlämme, deren Eintrag und qualifizierte Verbrennung in der Feuerungsanlage unter Einhaltung der Grenzwerte nicht möglich ist, werden in einer thermischen Aufbereitungsanlage 12 einer Inkohlung unterzogen. Die thermische Aufbereitungsanlage 12 ist ein Drehrohrreaktor 13, in dessen Einlaßöffnung der Abfall 11 eingebracht wird. Bei Bedarf kann dem Drehrohrreaktor 13 noch Sauerstoff 14 (in Form von Luft) zugeführt werden. Der Drehrohrreaktor wird auf eine Temperatur von 200 bis 700°C aufgeheizt, wobei das Aufheizen durch Zuführung 15 von Rauchgas aus der Wirbelschichtfeuerungsanlage 1 oder aus dem Economizer 7 erfolgt. Bei der Inkohlung werden die im Abfall 11 enthaltenen organischen flüchtigen Bestandteile (auch Crackbe­ standteile) ausgetrieben und der Wirbelschichtfeuerungsanlage 1 zugeführt 16. Feste Bestandteile werden getrennt 17 in Bestandteile 18, die aus dem Prozeß ausgeschleust werden und feste brennbare Anteile 19, die entweder der Steinkohlezufuhr 2 oder direkt der Wirbelschichtfeuerung zugeführt werden.

Die thermische Aufbereitungsanlage 12 kann der Wirbelschichtfeuerungsanlage 1 jederzeit zugeschaltet oder von dieser getrennt werden, je nach Aufkommen an zu verbrennendem Abfall 11. Während des Betriebs der thermischen Aufbereitungsanlage 12 wird lediglich die Kohlezufuhr 2 entsprechend dem Anfall an festen brennbaren Bestandteilen 19 und gasiger Bestandteile 16 reduziert. Das Zuschalten der thermischen Aufbereitungsanlagen 12 zur Wirbelschichtfeuerungsanlage 1 bewirkt praktisch keine Veränderung des Wirkungsgrades der Verbrennung noch der Rauchgase, so daß hinsichtlich des Economizers 7 und des Gewebefilters 8 keine Veränderungen vorgenommen werden müssen.

Claims (22)

1. Abfallverbrennungsverfahren, bei dem Abfall mit bei erhöhter Temperatur als brenn­ bares Gas austreibbarer Komponente einer Vorverkohlung unterzogen wird, um dann in einer zusätzlich mit Kohle beschickten Feuerungsanlage verbrannt zu werden, wobei die Verbrennungswärme als Prozeßwärme eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbrennung der Kohle und des vorverkohlten Abfalls mit einer solchen Sauerstoffmenge durchführt, daß in dem entstehenden Rauchgas ein Sauerstoffgehalt von max. 9 Vol.% enthalten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verkohlte Abfall bezogen auf die Summe Kohle + Abfall zu max. 50 Gew.%, insbesondere max. 25 Gew.%, vor­ liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verkohlte Abfall, bezogen auf die Summe Kohle + verkohlter Abfall, zu mindestens 0,5 Gew.%, insbe­ sondere mindestens 2 Gew.% vorliegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Verkohlung ausgetriebene brennbare Gas in der Feuerungsanlage ver­ brannt wird, insbesondere über in der Feuerungsanlage vorhandene Gasbrenner.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverkohlung unter unterstöchiometrischem Sauerstoffzusatz erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverkohlung bei einer Temperatur von 200 bis 700°C stattfindet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorverkohlte Abfall, gegebenenfalls nach Abtrennung inerter Bestandteile, gemein­ sam mit der Kohle in die Feuerungsanlage zugegeben wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und der vorverkohlte Abfall in einer Wirbelschicht verbrannt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und der vorverkohlte Abfall in einer Staubfeuerung verbrannt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle mit dem vorver­ kohlten Abfall gemeinsam zur Verfeuerung vermahlen werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Feuerungsanlage eine konventionelle, zu 100% auf Kohlefeuerung ausgelegte Feuerungsanlage eingesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abfallverbrennung die konventionelle Feuerungsanlage ohne zusätzliche Rauchgasfilter für die Abfallver­ brennung eingesetzt wird.

13. Abfallverbrennungsanlage mit einer Vorverkohlungseinrichtung, in der bei erhöhter Temperatur eine Verkohlung eines Abfalls unter Austreibung eines brennbaren Gases erfolgt, und einer Feuerungsanlage, die mit Kohle und dem vorverkohlten Abfall be­ schickbar ist und eine Einrichtung zum Entnehmen entstehender Prozeßwärme sowie eine Sauerstoffzufuhr hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr (3) Mittel enthält, die die Sauerstoffzufuhr auf einen Sauerstoffgehalt von max. 9 Vol.% im ent­ stehenden Rauchgas (%) begrenzt.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverkohlungseinrichtung (12) ein direkt oder indirekt beheizter Drehrohrreaktor (13) ist.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrreaktor (13) mit oder ohne Sauerstoffzufuhr (14) betreibbar ist.

16. Anlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrreaktor (13) auf eine Temperatur von 200 bis 700°C beheizbar ist.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum gemeinsamen Zuführen von Kohle und vorverkohltem Abfall zur Feuerungsanlage (1) vorgesehen sind.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Feue­ rungsanlage (1) eine Wirbelschichtfeuerungsanlage ist.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Feue­ rungsanlage (1) eine Staubfeuerungsanlage ist.

20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum gemeinsamen Vermahlen der Kohle und des vorverkohlten Abfalls (19) aufweist.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Feue­ rungsanlage (1) eine konventionelle, auf 100%ige Kohlefeuerung ausgelegte Anlage ist.

22. Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerungsanlage (1) keine zusätzlichen Rauchgasfilter enthält.