DE19729597A1 - Verfahren zum Betrieb einer Schwel-Brenn-Anlage und nach diesem Verfahren arbeitende Anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb ei­ ner Schwel-Brenn-Anlage, bei der Abfall einer Schweltrommel zugeführt wird, die mit einem Heizgas beheizt ist, und bei der von der Schweltrommel abgegebener Pyrolyse-Reststoff und/oder Schwelgas ebenso wie Frischluft dem Brenner einer Hochtemperatur-Brennkammer zugeleitet werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Schwel-Brenn-Anlage zur ther­ mischen Behandlung von Abfall mit mindestens einer Schwel­ trommel, der ein Heizgas zuführbar ist, und mit einer Hochtemperatur-Brennkammer, deren Brenner von der Schweltrom­ mel abgegebener Pyrolyse-Reststoff und/oder Schwelgas ebenso wie Frischluft zuleitbar sind.

Auf dem Gebiet der Abfall-Entsorgung ist das sogenannte Schwel-Brenn-Verfahren bekanntgeworden. Dieses Verfahren und eine danach arbeitende Anlage zur thermischen Abfallentsor­ gung sind beispielsweise in der EP-A-0 302 310 sowie in der DE-A-38 30 153 beschrieben. Die Anlage zur thermischen Ab­ fallentsorgung nach dem Schwel-Brenn-Verfahren enthält als wesentliche Komponenten eine Schweleinrichtung (Schweltrommel, Pyrolysereaktor, Konversionstrommel) und eine Hochtemperatur-Brennkammer. Die Schweleinrichtung setzt bei Beheizung den über eine Abfall-Transporteinrichtung aufgege­ benen Abfall in einem unterstöchiometrisch ablaufenden Schwel- oder Pyrolysevorgang in Schwelgas und Pyrolyserest­ stoff (festes kohlenstoffhaltiges Schwelgut) um. Das Schwel­ gas, der Pyrolysereststoff (nach geeigneter Aufbereitung, ins­ besondere nach Aussortierung von wiederverwertbaren Fraktio­ nen)und gegebenenfalls auch im Prozeß anfallende Stäube wer­ den dem Brenner der Hochtemperatur-Brennkammer zugeführt. In der Hochtemperatur-Brennkammer entsteht schmelzflüssige Schlacke, die über einen Abzug entnommen wird und die nach Abkühlung in glasartiger Form vorliegt. Das entstehende Rauchgas wird über eine Rauchgasleitung einem Kamin als Aus­ laß zugeführt. In diese Rauchgasleitung sind insbesondere ein Abhitzedampferzeuger als Kühl- und Energiegewinnungs-Einrich­ tung, eine Staubfilteranlage und eine Rauchgasreinigungsan­ lage eingebaut. Weiterhin befindet sich in der Rauchgaslei­ tung mindestens ein Gasverdichter, der direkt am Ausgang der Rauchgasreinigungsanlage angeordnet und als Saugzuggebläse ausgebildet sein kann. Der eingebaute Gasverdichter dient zur Aufrechterhaltung eines - wenn auch nur geringen - Unter­ drucks in der Schweltrommel. Durch diesen Unterdruck wird verhindert, daß Schwelgas durch die Ringdichtungen der Schweltrommel nach außen in die Umgebung austritt. Die Ener­ gie des Abhitzedampferzeugers kann einem Dampfkraftwerk zur Stromerzeugung zugeführt werden.

Durch die Abfall-Transporteinrichtung wird Abfall unter­ schiedlicher Art, z. B. zerkleinerter Hausmüll, hausmüllähnli­ cher Industrieabfall und zerkleinerter Sperrmüll, aber auch entwässerter Schlamm, der Schweltrommel zugeleitet.

Als Schweleinrichtung wird in der Regel eine sich drehende, relativ lange Schweltrommel eingesetzt, die innen eine Viel­ zahl von parallelen Heizrohren aufweist, an denen der Abfall weitgehend unter Luftabschluß aufgeheizt wird. Die Schwel­ trommel dreht sich dabei um ihre Längsachse. Vorzugsweise ist die Längsachse der Schweltrommel etwas gegenüber der Horizon­ talen geneigt, so daß sich das feste Schwelgut am Ausgang der Schweltrommel ansammeln und von dort über ein Schwelgas- und Reststoff-Austragsgehäuse mit Reststoff-Fallschacht in Rich­ tung auf eine Reststoff-Trennvorrichtung zur Aussortierung der wiederverwertbaren Fraktionen ausgetragen werden kann. Dieses Austragsgehäuse ist auch mit einem Austragsrohr für das Schwelgas versehen. An die Konstruktion der Hochtempera­ tur-Brennkammer samt Brenner werden hohe Anforderungen ge­ stellt.

Man ist insgesamt bestrebt, den Nutzungs- und Wirkungsgrad einer solchen Schwel-Brenn-Anlage zu erhöhen. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß dies durch Nutzung des Heiz­ gases geschehen kann, und zwar dann, wenn dieses Heizgas be­ reits die Heizrohre der Schweltrommel durchströmt und dabei einen Großteil seiner Energie an den im Innenraum der Schwel­ trommel befindlichen Abfall abgegeben hat. Das Heizgas ent­ hält nämlich trotz beträchtlicher Abkühlung auch dann noch einen nicht zu vernachlässigenden Anteil an Wärmeenergie. Bisher wurde dieses abgekühlte Heizgas, das man auch als "Heizgas-Abgas" bezeichnen könnte, nach der einschlägigen Li­ teratur nahezu ungenutzt über einen eigenen Kamin oder über einen Anlagen-Bypass in den Rauchgas-Kamin der Anlage abge­ leitet.

Man hat zwar diesseits bereits daran gedacht, das abgekühlte Heizgas zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für den Heiz­ gas-Erzeuger, der dem Heizgas-Eingang der Schweltrommel vorge­ schaltet ist, zu nutzen. Dadurch wird, wie diesseitige Unter­ suchungen gezeigt haben, in einem typischen Fall die Tempera­ tur des abgekühlten Heizgases von ca. 220°C auf ca. 175°C abgesenkt. Aber auch in diesem Fall war lediglich daran ge­ dacht, das somit weiter abgekühlte Heizgas ins Freie zu lei­ ten. Die diesseitigen Erfahrungen haben darüber hinaus auch ergeben, daß in einem typischen Fall das abgekühlte Heizgas noch einen relativ kleinen Rest-Sauerstoffgehalt, z. B. von ca. 5%, besitzt.

Die Erfindung geht von der weiteren Erkenntnis aus, daß sich der verbleibende Energieinhalt des abgekühlten Heizgases noch besser nutzen läßt, und daß bei einer solchen Nutzung der er­ wähnte relativ geringe Rest-Sauerstoffgehalt von Vorteil sein kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schwel-Brenn-Anlage der eingangs genannten Art der­ art auszugestalten, daß eine weitere Erhöhung des Nutzungs- und Wirkungsgrades eintritt.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Heizgas nach Beheizung der Schwel­ trommel der Frischluft für den Brenner der Hoch­ temperatur-Brennkammer beigemischt wird.

Hierbei sollte darauf geachtet werden, daß der Druck des Heizgases vor dem Beimischen größer ist als der Druck der Frischluft vor dem Beimischen.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades ergibt sich, wenn das Heizgas nach Beheizung der Schweltrommel und vor dem Beimischen zur Frischluft zur Vorwärmung von Verbrennungsluft genutzt wird, wobei diese Verbrennungsluft zusammen mit einem Energieträger, wie z. B. Erdgas, zur thermischen Erzeugung des Heizgases vorgesehen ist.

Die genannte Aufgabe wird bezüglich der Schwel-Brenn-Anlage zur thermischen Behandlung von Abfall erfindungsgemäß gelöst durch eine Mischstrecke, in der das Heizgas nach Beheizung der Schweltrommel der Frischluft für den Brenner der Hochtem­ peratur-Brennkammer zumischbar ist.

Eine solche Schwel-Brenn-Anlage zeichnet sich bevorzugt durch eine Zumischleitung aus, die vom Heizgas-Ausgang der Schwel­ trommel zur Mischstrecke führt.

In dieser Zumischleitung ist bevorzugt ein Wärmetauscher zur Erwärmung von Verbrennungsluft für einen Heizgas-Erzeuger an­ geordnet. Bei diesem Heizgas-Erzeuger kann es sich insbeson­ dere um einen Erdgas-Brenner handeln, der dem Heizgas-Eingang der Schweltrommel vorgeschaltet ist.

Um einen steuerbaren Gasdurchsatz zu ermöglichen, ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, daß vor der Mischstrecke ein Frischluftgebläse einerseits und ein Heizgas-Ventilator ande­ rerseits angeordnet sind.

Mit dem Heizgas-Ausgang der Schweltrommel kann ein Heiz­ gas-Vorwärmer verbunden sein. Auch kann der Mischstrecke ein Dampf-Luft-Vorwärmer nachgeschaltet sein.

Es läßt sich somit festhalten: Die noch relativ hohe Tempera­ tur und der relativ geringe Sauerstoffgehalt des erwähnten "Heizgas-Abgases" können genutzt werden, indem dieses "Heizgas-Abgas" vor dem Brenner der Brennkammer mit der Frischluft, insbesondere nach dem Frischluft-Gebläse, ver­ mischt wird. Es sollte dabei darauf geachtet werden, daß der Druck nach dem Heizgas-Ventilator immer höher ist als der Druck nach dem Frischluftgebläse, da die Volumenströme aus der Heizgas-Erzeugung immer geringer sind als die Volumen­ ströme aus der Frischluftzufuhr.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der beigefügten Figur näher erläutert.

Nach der Figur zeigt die dargestellte Schwel-Brenn-Anlage 2 einen Aufgabetrichter 4 für Abfall A, der an eine Zuführein­ richtung 6 angeschlossen ist. Diese Zuführeinrichtung 6 ent­ hält eine Transportschnecke 8. Mit ihrer Hilfe wird der Ab­ fall A in eine sich um ihre Längsachse drehende Schweltrommel 10 transportiert. Diese Schweltrommel 10 enthält am Innenum­ fang eine Anzahl von Heizrohren 12, die sich von einem Heiz­ gas-Eingang 14 zu einem Heizgas-Ausgang 16 erstrecken. Dem Heizgas-Eingang 14 wird Heizgas h zugeleitet. Nach Durchströ­ men der Heizrohre 12 verläßt es den Heizgas-Ausgang 16 als abgekühltes Heizgas oder Heizgas-Abgas h'. Die Pyrolyse im Inneren der Schweltrommel 10 führt zu einer thermischen Zer­ legung des Abfalls A in Schwelgas s und Pyrolyse-Reststoff p, die über ein Austragsrohr 18 in ein Reststoff-Austragsgehäuse 20 gegeben werden. Letzteres besitzt einen Abzug 22 für das Schwelgas s und einen Abzug 24 für den Pyrolyse-Reststoff p.

Dieser Pyrolyse-Reststoff p wird in bekannter Weise einer Einrichtung 26 zur Reststoff-Aussortierung und Reststoff-Auf­ bereitung zugeführt. Der aufbereitete Reststoff p wird zusam­ men mit dem Schwelgas s auf den Brenner 30 einer Hochtempera­ tur-Brennkammer 32 gegeben. Dem Brenner 30 werden weiterhin Erdgas e, und zwar nur zum Anfahren der Anlage, und ein Gas­ gemisch (f + h'), auf das im folgenden noch näher eingegangen wird, zugeleitet. Die Hochtemperatur-Brennkammer 32 besitzt einen Abzug 34 für Schmelzgranulat g und ist ausgangsseitig mit einem Abhitzekessel 36 verbunden. Hier dient das in der Hochtemperatur-Brennkammer 32 entstandene Rauchgas r zur Energieabgabe. Diese thermische Energie kann beispielsweise in einer (nicht gezeigten) Dampfturbinen-Anlage zur Stromer­ zeugung oder aber zur Fernwärmeerzeugung genutzt werden. Das Rauchgas r durchläuft anschließend eine Rauchgas-Reinigungs­ anlage 38, die insbesondere auch einen DeNOx-Katalysator ent­ halten kann. Es wird dann über einen Kamin 40 an die Umgebung abgegeben.

Zur Erzeugung des Heizgases h ist dem Heizgas-Eingang 14 ein Heizgas-Erzeuger 42 vorgeschaltet. Hierbei kann es sich ins­ besondere um einen Erdgas-Brenner handeln, dem über ein steu­ erbares Ventil 44 Erdgas e zugeleitet wird. Ihm wird weiter­ hin über ein Luftgebläse 46 und einen Wärmetauscher 48 Ver­ brennungsluft v zugeleitet.

Das abgekühlte Heizgas h' wird vom Heizgas-Ausgang 16 durch einen motorisch steuerbaren Heizgas-Ventilator 50 abgezogen. Es gelangt zu einem Verzweigungspunkt 52. Von hier wird ein erster Teilstrom in die Heizflächen des Wärmetauschers 48 weitergeleitet, wo er zur Aufwärmung der Verbrennungsluft v dient. Er gelangt anschließend über ein steuerbares Ventil 54 und eine Zumischleitung 56 in eine Mischstrecke 60. Festzu­ halten ist also hier, daß das abgekühlte Heizgas oder Heiz­ gas-Abgas h' nicht mehr direkt in die Atmosphäre abgeleitet wird. Die Mischstrecke 60 kann eine beliebige technische Kon­ struktion aufweisen. Wichtig ist, daß sie eine innige Durch­ mischung des abgekühlten Heizgases h' mit vorgewärmter Frischluft f ermöglicht. Diese Frischluft f wird der Misch­ strecke 60 über ein Verbrennungsluft- oder Frischluft-Gebläse 62, das hier motorisch steuerbar ist, zugeleitet. Es können auch mehrere Gebläse 62 vorgesehen sein. Am Ausgang der Mischstrecke 60 ergibt sich also die Gasmischung (f + h'). Die Gasmischung (f + h') wird über eine Zuleitung 64 dem Brenner 30 zugeführt.

Vor dieser Zuleitung 64 liegen ein Ventil 66, ein Dampf-Luft-Vor­ wärmer 68, der von Prozeßdampf D aus der Schwel-Brenn-An­ lage (z. B. von der - nicht gezeigten - Dampfturbine) gespeist ist und zur Vermeidung von Kondensation dient, ein Ventil 70 sowie ein motorisch steuerbares Ventil 72. Die Bauelemente 66, 68, 70 können durch ein zusätzliches Ventil 74 überbrückt werden. Die Schaltung der Bauelemente 66, 68, 70, 74 wird vom Gebläse 62 gespeist.

Von dem Verzweigungspunkt 52 führt eine Leitung 76 mit einem steuerbaren Ventil 80 und einem Heizgas-Vorwärmer 82, der ebenfalls mit Prozeßdampf D gespeist wird, zum Heizgas-Erzeu­ ger 42. Die beiden Bauelemente 80, 82 können durch ein weite­ res Steuerventil 84 überbrückt werden. Mit Hilfe der Leitung 76 wird der zweite Teilstrom des Heizgases h' im Kreis ge­ führt. Abgeführt wird als erster Teilstrom nur diejenige Menge an Heizgas h', die durch die Zuleitung von Erdgas e und Verbrennungsluft v zugeführt wird. Der Kreislauf an sich bleibt gefüllt. Bei Überbrückung der Bauelemente 80, 82 und 84 ist diese Menge größer als ohne Überbrückung.

Durch die Vermischung der Frischluft f und des abgekühlten Heizgases h' in der Mischstrecke 60 ergeben sich gegenüber einer reinen Zufuhr von Frischluft zum Brenner 30 und einem ungenutzten Ablassen des Heizgases h' in die Umgebung fol­ gende Effekte:

1. Temperaturerhöhung der Verbrennungsluft f + h'

Der Volumenstrom des Heizgases h' beträgt ca. 10% des Bedarfs an Frischluft f. Durch die Vermischung in der Mischstrecke 60 erhöht sich die Eintrittstemperatur beim Eintritt in den Brenner 30 der Brennkammer 32 und somit reduziert sich die Wärmeauskopplung aus dem Frischdampfsystem (aus der Trommel des Kessels wird Sattdampf zur Vorwärmung der Verbrennungs­ luft für den Kessel abgezogen. Zusätzlich vermindert sich die elektrische Leistungsaufnahme des Frischluft-Gebläses 62 we­ gen des geringeren Fördervolumens.

2. Verringerung der theoretischen Verbrennungstemperatur in der Hochtemperatur-Brennkammer 32

Der Sauerstoffgehalt in der Gasmischung (f + h') ist um ca. 2% verringert gegenüber der Frischluft. Durch den höheren Inertisierungsanteil reduziert sich auch die theoretische Verbrennungstemperatur. Somit ist eine Flammenkühlung durch ein Rezirkulationsgebläse am Abhitzekessel 36 nicht mehr in dem Umfang notwendig wie bisher. Durch diesen Effekt redu­ ziert sich ebenfalls der elektrische Eigenbedarf.

3. Erfassung aller Abgaswerte aus dem Prozeß

Durch die Vermischung und die Zufuhr der Gasmischung (f + h') in die Brennkammer 30 werden alle Abgase aus dem Prozeß mit einem Emissionswertsensor und -rechner erfaßt, der für das Rauchgas im Bereich des Kamins 40 vorgesehen sein kann. Der Gesamtprozeß bleibt in sich geschlossen; zusätzliche Emis­ sionsmeßstellen entfallen.

4. Verringerung der Abgasvolumenströme aus der Anlage 2

Durch die Vermischung der Gasströme f und h' verringert sich der Gesamtvolumenstrom an Abgas r des Heizgas-Abgases h' in Abhängigkeit des Sauerstoffgehalts des zugemischten Heiz­ gas-Abgases h'.

5. Reduzierung des Gesamt-NOx-Gehalts aus der Anlage 2

Die Abgase h' aus der Heizgas-Erzeugung werden prozeßbedingt über den DeNOx-Katalysator in der Rauchgasreinigungsanlage 38 geführt. Sie werden somit ebenfalls an NO_x reduziert. Somit verringert sich die Gesamtabgabe an Stickoxiden ohne Zusatz­ maßnahmen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer Schwel-Brenn-Anlage (2), bei der Abfall (A) einer Schweltrommel (10) zugeführt wird, die mit einem Heizgas (h) beheizt ist, und bei der von der Schweltrommel (10) abgegebener Pyrolyse-Reststoff (p) und/oder Schwelgas (s) ebenso wie Frischluft (f) dem Brenner (30) einer Hochtemperatur-Brennkammer (32) zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Heizgases (h') nach Beheizung der Schweltrommel (10) der Frischluft (f) für den Brenner (30) der Hochtemperatur-Brennkammer (32) beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Heizgases (h') vor dem Beimischen größer ist als der Druck der Frischluft (f) vor dem Beimischen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz­ gas (h') nach der Beheizung der Schweltrommel (10) und vor dem Beimischen zur Frischluft (f) zur Vorwärmung von Verbren­ nungsluft (v) genutzt wird, wobei diese Verbrennungsluft (v) zusammen mit einem Energieträger, wie z. B. Erdgas (e), zur thermischen Erzeugung des Heizgases (h) vorgesehen ist.

4. Schwel-Brenn-Anlage (2) zur thermischen Behandlung von Ab­ fall (A) mit einer Schweltrommel (10), der ein Heizgas (h) zuführbar ist, und mit einer Hochtemperatur-Brennkammer (32), deren Brenner (30) von der Schweltrommel (10) abgegebener Py­ rolyse-Reststoff (p) und/oder Schwelgas (s) ebenso wie Frischluft (f) zuleitbar sind, gekennzeichnet durch eine Mischstrecke (60), in der mindestens ein Teil des Heizgases (h') nach Beheizung der Schweltrommel (10) der Frischluft (f) für den Brenner (30) der Hochtemperatur-Brennkammer (32) zumischbar ist.

5. Schwel-Brenn-Anlage (2) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zumischleitung (56), die vom Heizgas-Ausgang (16) der Schweltrommel (10) zur Mischstrecke (60) führt.

6. Schwel-Brenn-Anlage (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zumischleitung (56) ein Wärmetauscher (48) zur Erwärmung von Verbrennungsluft (v) für einen Heizgas-Erzeuger (42) vorgese­ hen ist.

7. Schwel-Brenn-Anlage (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Heiz­ gas-Erzeuger (42) ein Erdgas-Brenner vorgesehen ist, der dem Heizgas-Eingang (14) der Schweltrommel (10) vorgeschaltet ist.

8. Schwel-Brenn-Anlage (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mischstrecke (60) ein Frischluftgebläse (62) einerseits und ein Heizgas-Ventilator (50) andererseits angeordnet sind.

9. Schwel-Brenn-Anlage (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Heizgas-Ausgang (16) der Schweltrommel (10) ein Heizgas-Vor­ wärmer (82) verbunden ist.

10. Schwel-Brenn-Anlage (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischstrecke (60) ein Dampf-Luft-Vorwärmer (68) vorgeschaltet ist.