DE19925011C2

DE19925011C2 - Verfahren zur thermischen Entsorgung von heizwertreichen Fraktionen aus sortiertem Müll und/oder Reststoffen in fossil gefeuerten Kraftwerksanlagen

Info

Publication number: DE19925011C2
Application number: DE19925011A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dubslaff; Hans-Joachim Sander; Detlef Witt; Bernhard Hinze; Ralf Peter
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: DE19925011A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Entsorgung von heizwer treichen Fraktionen aus sortiertem Müll und/oder Reststoffen in fossil gefeuer ten Kraftwerksanlagen, insbesondere Braunkohlekraftwerken mit nasser Rauchgasentschwefelung.

Die mechanisch-biologische Vorbehandlung von Restmüll gewinnt ständig an Bedeutung bei der umweltfreundlichen Handhabung und Entsorgung von Müll. Damit verbunden ist die Erzeugung hochkalorischer Fraktionen, die prinzipiell als Brennstoffe nutzbar sind.

Bei der thermischen Behandlung von Müll reicht es für einen effizienten Betrieb der Anlagen nicht mehr aus, den Müll lediglich zu verbrennen und eventuell im geringen Umfang die Abwärme zu nutzen.

Bekannt ist es, den Betrieb von fossil gefeuerten Kraftwerken mit Müllfeuerun gen gleich welcher Art (Rostfeuerung, Vergasung, Verschwelung) in der Weise zu kombinieren, daß sich zwischen beiden thermischen Prozessen Syner gieeffekte ergeben, die genutzt werden. Dies hat den Vorteil, daß sich der bei der thermischen Müllbehandlung ergebende Dampf oder die Abwärme in einem ohnehin vorhandenen Kraftwerksprozeß nutzbringend einsetzen läßt.

Hierfür gibt es eine Reihe von Beispielen, wie DE 30 44 991, wo ein Kraftwerk mit Brennstoff-Müllverbrennung, insbesondere Steinkohlen-Müllverbrennung, welches einen Hauptkessel mit Steinkohlenfeuerung, einen dem Hauptkessel nachgeschalteten Dampfturbosatz, bestehend aus einer Hochdruckturbine und mindestens einer der Hochdruckturbine nachgeschalteten Turbine niederen Drucks, aufweist, mit einer Müllfeuerung, deren freiwerdende Wärme im Betrieb des Turbosatzes durch eine dampfseitige Verbindung des Müllkessels mit dem Einlaß eines zwischen Hochdruckturbine und der Turbine niederen Drucks lie genden Zwischenüberhitzers genutzt wird, verbunden ist.

Ein weiteres Beispiel hierfür gibt EP 0 302 310 wieder, worin zur thermischen Abfallentsorgung der Schwel-Brenn-Pyrolyse-Prozeß der Fa. Siemens mit ei nem integrierten Dampfkraftwerk zur Stromerzeugung gekoppelt ist.

Dies baut DE 44 40 984 dahingehend weiter aus, daß das Kraftwerk an zwei Stellen mit der Abfallentsorgungsanlage verbunden ist, so daß einerseits ein Teil des heißen Abgases, das die Gasturbine des Kraftwerkes abgibt, in der Abfallentsorgungsanlage genutzt wird und andererseits der in der Ab fallanlage erzeugte Dampf neben dem Kraftwerksdampf zum Betrieb der Dampfturbine des Kraftwerkes genutzt wird.

Darüber hinaus wird in DE 44 42 136 ein Verfahren zur Verbrennung von fossi len Brennstoffen und Abfall beschrieben, wobei eine fossil befeuerte Großkes selanlage mit einer kleinen Abfallverbrennungsanlage kombiniert wird. Die Ab gase der Abfallverbrennung werden dabei ohne vorherige Wärmenutzung an geeigneter Stelle im Verhältnis ≦ 30% Rauchgas aus Abfallverbrennung zu 70% Rauchgas aus fossilem Brennstoff in einen fossil befeuerten Kessel ein geleitet. Beispiel D zeigt u. a. die Verwendung der Rauchgase der Abfallver brennung zur Mahltrocknung der Kohle im Kraftwerk sowie die Aufgabe des Unverbrannten der Abfallverbrennungsasche auf die Kohle und die Feinmah lung beider Bestandteile.

Allen kombinierten Verfahren von thermischer Abfallentsorgung und Kraftwerk sprozeß ist gemeinsam, daß

- zwei unabhängig voneinander zu bauende Anlagen notwendig sind, die
- einen doppelten Planungs-, Invest- und Betriebsaufwand verursa chen, wobei
- die Synergieeffekte deutlich begrenzt sind und
- eine eigene Abgasreinigung sowie eine eigene energetische Nut zungseinheit erforderlich ist.

Es ist bekannt, vorsortierten Müll zusammen mit Kohle in Kraftwerken zu ver brennen (DE 41 26 838 C1, DE 40 11 706 A1). Der Müll wird nach seiner Sor tierung und evtl. Zerkleinerung nicht gesondert behandelt.

Die Aufgabe des Mülls zusammen mit der Kohle in den Kraftwerksprozess wird nicht beschrieben. Auch werden keine Abhängigkeiten zwischen Müllzufuhr und Feuerungsprozess genannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Entsorgung von heizwertreichen Fraktionen vorsortierten Mülls und/oder Reststoffen in einen fossilen Kraftwerksprozeß so zu integrieren, daß keine separate Müllverbren nung mehr notwendig ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Müll/Reststoffe aufberei tet und behandelt und zu an sich bekannten Pellets/Briketts gepreßt oder einer thermischen Behandlung (Homogenisierung) zur Bildung von koksartigem Mate rial und energiereichem Gas unterzogen und ggf. gesteuert in Abhängigkeit von jeweils notwendigen Gas- und Koksanalysen sowie der Gas- und Koksmengen mit Additiven versetzt, dem Kohlestrom im Entladebunker und/oder einem Koh leband und/oder einem Dampferzeugerbunker und/oder einem Kohlezuteiler vor oder im Bereich eines Kohlefallschachtes und/oder einer Rauchgasrücksaugung in einem Anteil von max. 5% der Zuteiler-Kohlemenge ab vorzugsweise 60% Feuerungsleistung des Kessels direkt aufgegeben, zusammen einer Kohle mühle zugeführt sowie im Dampferzeuger verbrannt wird, wobei das bei der thermischen Behandlung entstandene energiereiche Gas teilweise oder voll ständig auf direktem Wege dem Dampferzeuger zugeführt und unter teilweisem oder vollständigem Verzicht auf eine separate Reinigung verbrannt wird.

Der auf der Deponie aufbereitete und behandelte Müll/Reststoff wird entweder in Containern zwischenverpreßt oder als Pellets und/oder Briketts mit einer Länge von 2-8 cm und einem Durchmesser/Breite von 1-5 cm verpreßt an geliefert. Die thermische Behandlung des aufbereiteten Mülls/Reststoffe wird über eine Pyrolyse realisiert. Bei einer Anlieferung als Pellet/Brikett ist dies nicht notwendig. Das in der Pyrolyse entstandene energiereiche Gas wird teil weise zur Erhaltung des Pyrolyseprozesses und die dabei entstehende Abwär me im nachgeschalteten Dampferzeuger verwendet. Zur Pyrolyse des Mülls/Reststoffe kann auch anteilig Klärschlamm hinzugegeben werden. Die Zugabemenge des bei der Pyrolyse entstehenden koksartigen Materials zur verfeuerten Kohlemenge pro Kessel wird auf max. 3% begrenzt. Das bei der Pyrolyse weiterhin entstehende energiereiche Synthesegas wird im Bereich der Kohlenstaubbrenner in einer Menge von < 2% der durch die Verbrennung der fossilen Brennstoffe entstandenen Rauchgasmenge begrenzt. Die bei der Py rolyse darüber hinaus entstehende Abgaswärme wird durch direkte Einleitung in den konventionellen Dampferzeuger und/oder in den Rauchgasstrom nach Kes sel eingebunden und energetisch verwertet.

Die Pellets und/oder Briketts werden auf eine Länge von 2-8 cm und einen Durchmesser/Breite von 1-5 cm mechanisch gepreßt.

Die Zumischung von Pellets und/oder Briketts pro Kessel ist auf max. 5 t/h bei einer Feuerungswärmeleistung von max. 6% begrenzt.

Dabei bestehen für die Mitverbrennung von Abfällen in Kraftwerken folgende grundsätzliche Prämissen:

1. Der Energieerzeugungsprozeß aus Braunkohle bleibt der bestimmen de und durch die Mitverbrennung/Verwertung darf technologisch kei ne negative Beeinflussung erfolgen. Die Mitverbrennung/Verwertung darf zu keiner Beeinträchtigung der Verwertungs- bzw. der Deponie fähigkeit der Kraftwerksreststoffe Asche, Gips und REA-Abwasser führen.
2. Durch die Mitverbrennung/Verwertung darf die Umweltverträglichkeit des Gesamtprozesses nicht in Frage gestellt werden.

Durch aufwendige und intensive Versuche wurde gefunden, daß bei der erfin dungsgemäßen Einstellung des Prozesses durch zielgerichtete Zugabe von Pellets und/oder Briketts einerseits die Gefahr eines Anbackens von weichpla stischen Bestandteilen des Mülls an den Ventilatormühlen sowie im Brenner vermieden, die thermische Überlastung der Kohlemühle unterbunden und ande rerseits die befürchteten Schäden durch Hochtemperaturkorrosion an den Heiz flächen des Kessels insbesondere infolge des erhöhten Chlorgehaltes der Rauchgase verhindert werden konnte. Dabei hat sich herausgestellt, daß bei einem wesentlich höheren Chloreintrag des Mülls gegenüber der Kohle die Chlorkonzentration der Brennstoff-Abfall-Mischung (BRAM) von ≦ 2,5% auszu gehen ist, um negative Korrosionsfolgen zu vermeiden.

Darüber hinaus entstehen bei der Mitverbrennung von Pyrolysegas und des - kokses sowie der Einleitung von bei der Pyrolyse entstehenden Abgas keine Ein schränkungen des Kraftwerksprozesses, respektive des Kernprozesses.

Vorteile einer vorgeschalteten Pyrolyseanlage sind:

- Die vollständige bzw. teilweise Einsparung einer separaten Rauch gasreinigungseinrichtung,
- der Entfall einer eigenständigen energetischen Nutzungseinheit und damit
- die erhebliche Reduzierung von Invest- und Entsorgungskosten.

In zwei Ausführungsbeispielen soll nachfolgend die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Schema einer Müllverbrennung mit vorgeschalteter thermischer Behandlung,

Fig. 2 das Schema einer Bekohlungsanlage mit Pellet/Brikettaufgabe im Schnitt.

Ausführungsbeispiel 1

Die Anlieferung des Mülls erfolgt in einem Müllbunker 1. Auf einen Müllbunker kann verzichtet werden, wenn die Anlieferung als gepreßte Ballen bzw. in so genannten Preßcontainern erfolgt. In diesem Fall ist eine ausreichende Stapel- Lagerfläche vorzuhalten.

Nachfolgend wird der Müll durch geeignete Krananlagen 2 aufgenommen und entsprechend seiner Struktur ggf. gesiebt und zerkleinert, um danach in die Aufgabe 3 zu gelangen. Von dort aus erfolgt der Transport über entsprechende Einrichtungen 5 in die thermische Verwertungsvorrichtung, z. B. in ein Pyrolyse- Rohr 6. Damit die erforderlichen chemischen Eigenschaften des Pyrolyse- Gases erreicht werden, erfolgt vor Eintritt in das Pyrolyse-Rohr 6 eine Zugabe von Additiven 4, wie z. B. Kalk.

Das bei der Pyrolyse erzeugte Gas 7 besitzt eine Temperatur von ca. 500°C und wird mittels Gebläse 8 abtransportiert. Dabei kann, wie im Beispiel gezeigt, ein Teil des Gases in einem Filter 9 von Feststoffen befreit und anschließend in einer separaten Brennkammer 10 verbrannt werden. Das Anzünden des Pyroly se-Gases erfolgt durch einen Öl- bzw. Gas-Brenner. Die für die Verbrennung erforderliche Luft wird aus dem Müllbunker 1 oder wenn nicht vorhanden direkt aus der Umgebung angesaugt. Das bei der Verbrennung in der Brennkammer 10 entstehende Gas 11 besitzt eine Temperatur von ca. 1300°C und dient der Beheizung des Pyrolyse-Rohres 6. Das Abgas 12 besitzt nach Wärmeabgabe an das Pyrolyse-Rohr 6 immer noch eine Temperatur von ca. 1000°C und muß daher in einem Wärmetauscher 13 auf ca. 600°C abgekühlt werden, um an schließend mittels Saugzug in die Brennkammer eines konventionellen Damp ferzeugers unterhalb der Ebene der Rauchgasrücksaugung verbracht zu wer den.

Der Wärmetauscher 13 dient dabei gleichzeitig zur Aufheizung der angesaugten Verbrennungsluft 18. Der andere Teilstrom des Pyrolyse-Gases wird dabei auf direktem Wege in den konventionellen Dampferzeuger in der Nähe der Kohlen staubbrenner eingeblasen und verbrannt. Die Wärme des Abgases 12 und des verbrannten Pyrolyse-Gases 7 wird im Dampferzeuger auf herkömmliche Art und Weise genutzt und führt so zur Einsparung an fossilen Brennstoff. Erfin dungsgemäß hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei einem Mengen verhältnis der eingebrachten Gasmengen aus Pyrolyse-Gas 7 zur im Dampfer zeuger selbst durch die Verbrennung der fossilen Brennstoffe erzeugten Rauchgasmenge < 2% sowie bei einer Abgasmenge < 5% und durch die Zu gabe von Additiven (Kalk) zum Müll 4 der Schadstoffgehalt wie Chlorwasser stoff, Fluorwasserstoff usw. derart drastisch reduziert wird, daß eine Gefähr dung der Kesselheizflächen, Kanäle 14 usw. nicht vorhanden und die Einhal tung der gesetzlich vorgegebenen Emissionsgrenzwerte ohne zusätzliche Rei nigung des Pyrolyse-Gases 7 gegeben ist. Der bei der Pyrolyse anfallende Koks 15 kann dem Kohlestrom in Abhängigkeit der örtlichen Gegebenheiten entweder in den Grabenbunker direkt, der Bandanlage zwischen Grabenbunker und Kesselbunker oder wie in der Fig. 1 dargestellt in den Kesselbunker 16 der Kohle zugegeben, durch die nachgeschaltete Mühle 17 zerkleinert und mit tels Staubbrenner im Kessel mit der Kohle zusammen verbrannt werden. Um eine optimale Mischung des Kokses mit der Kohle zu erreichen, sollte vorzugs weise die Koksaufgabe vor der ersten Kohleaufbereitungsstufe erfolgen. Das Verhältnis der aufgegebenen Koksmenge zur im Kessel verbrannten Kohle menge ist dabei < 2%, so daß eine unkomplizierte Verwertung im Kraftwerk sprozeß ermöglicht wird.

Ausführungsbeispiel 2

Die in Waggons 19 ankommende Kohle 20 gelangt in den Grabenbunker 21 und wird über das Kohleband 22 in das Brechergebäude 23 gefördert, wo die Kohle 20 über den Walzensiebrost 24 entweder direkt oder über den Brecher 25 auf das Kohleband 26 aufgegeben wird, welches die Kohle 20 den Dampferzeuger bunkern 27 aufgibt. Aus dem jeweiligen Dampferzeugerbunker 27 gelangt die Kohle 20 über den dazugehörigen Zuteiler 28 in die Rauchgasrücksaugung 29.

Am Zuteiler 28 ist ein Stutzen 30 zur Einleitung der über einen Schneckenför derer 31 transportierten Pellets 32 angeordnet. Die Pellets 32 werden über die nicht dargestellten Waggons oder Containerfahrzeuge antransportiert, zwi schengelagert und gefangen mittels geeigneter Transportmittel in den Vorlage behälter 34, aus dem sie mittels Schneckenförderer 31 entnommen werden. Nach Einspeisung der Pellets 32 in den Kohlestrom erfolgt in der Mühle 35 die gemeinsame Aufmahlung und Trocknung. Danach erfolgt die Weiterleitung des Gemisches 36 zu den Staubbrennern 37, die am Kessel 38 angeordnet sind.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Müllbunker

2

Krananlage

3

Aufgabe

4

Additivzugabe

5

Transporteinrichtung

6

Pyrolyse-Rohr

7

Pyrolyse-Gas (Synthesegas)

8

Gebläse

9

Filter

10

separate Brennkammer

11

Gas

12

Pyrolyse-Abgas

13

Wärmetauscher

14

Rauchgaskanal

15

Pyrolyse-Koks

16

Kesselbunker

17

Mühle

18

Verbrennungsluft

19

Waggon

20

Kohle

21

Grabenbunker

22

Kohleband

23

Brechergebäude

24

Walzensiebrost

25

Brecher

26

Kohleband

27

Dampferzeugerbunker

28

Zuteiler

29

Rauchgasrücksaugung

30

Stutzen

31

Schneckenförderer

32

Pellets

33

Waggon

34

Vorlagebehälter

35

Mühle

36

Gemisch

37

Staubbrenner

38

Kessel

Claims

1. Verfahren zur thermischen Entsorgung von heizwertreichen Fraktionen aus sortiertem Müll und/oder Reststoffen in fossil gefeuerten Kraftwerksanlagen, insbesondere Kohlekraftwerken mit nasser Rauchgasentschwefelung, gekennzeichnet dadurch, daß der Müll/Reststoffe aufbereitet und behandelt und zu an sich bekannten Pellets/Briketts gepreßt oder einer thermischen Behandlung (Homogenisierung) zur Bildung von koksartigem Material und energiereichem Gas unterzogen und ggf. gesteuert in Abhängigkeit von jeweils notwendigen Gas- und Koksanalysen sowie der Gas- und Koksmengen mit Additiven versetzt, dem Kohlestrom im Entladebunker und/oder einem Kohleband und/oder einem Dampferzeugerbun ker und/oder einem Kohlezuteiler vor oder im Bereich eines Kohlefallschachtes und/oder einer Rauchgasrücksaugung in einem Anteil von max. 5% der Zutei ler-Kohlemenge ab vorzugsweise 60% Feuerungsleistung des Kessels direkt aufgegeben, zusammen einer Kohlemühle zugeführt sowie im Dampferzeuger verbrannt wird, wobei das bei der thermischen Behandlung entstandene ener giereiche Gas teilweise oder vollständig auf direktem Wege dem Dampferzeu ger zugeführt und unter teilweisem oder vollständigem Verzicht auf eine sepa rate Reinigung verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die thermische Behandlung des aufbereitetem Mülls/Reststoffe über eine Pyrolyse realisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das in der Pyrolyse entstandene energiereiche Gas teilweise zur Erhaltung des Pyrolyse prozesses und die dabei entstehende Abwärme im nachgeschalteten konven tionellen Dampferzeuger verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß zur Pyrolyse des Mülls/Reststoffen anteilig auch Klärschlamm verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbrennung im Dampferzeuger im Bereich über die Kohlenstaubbrenner und/oder über ei nen Rost und/oder über eine Wirbelschicht realisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der aufbe reitete und behandelte Müll in Containern zwischenverpreßt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Zumi schung des bei der Pyrolyse entstehenden koksartigen Materials auf max. 3% der pro Kessel verfeuerten Kohlemenge begrenzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß das bei der thermischen Behandlung entstandene energiereiche Gas im Bereich der Koh lenstaubbrenner in einer Menge von < 2% der durch die Verbrennung der fos silen Brennstoffe entstandenen Rauchgasmenge pro Kessel beschränkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die bei der Pyrolyse entstehende Abgaswärme durch direkte Einleitung in den konventio nellen Dampferzeuger und/oder in den Rauchgasstrom nach Kessel eingebun den und energetisch verwertet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Pellets und/oder Briketts auf eine Länge von 2-8 cm und einem Durchmesser/Breite von 1-5 cm mechanisch gepreßt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Zumi schung Pellets und/oder Briketts auf max. 5 t/h pro Kessel bei einer Feue rungswärmeleistung von max. 6% begrenzt wird.