DE2612796A1

DE2612796A1 - Verfahren zur rauchgaskuehlung in abfallverbrennungsanlagen ohne waermeverwertung, insbesondere fuer muell und vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2612796A1
Application number: DE19762612796
Authority: DE
Inventors: Pierre Jaccoud
Original assignee: Von Roll AG
Current assignee: Von Roll AG
Priority date: 1975-04-29
Filing date: 1976-03-25
Publication date: 1976-11-11
Also published as: FR2309798A1; IT1059158B; JPS5334434B2; DE2612796B2; NL7604511A; DE2612796C3; CA1071931A; US4080910A; CH585370A5; FR2309798B1; JPS51136378A

Description

BE 17 138

Von Roll AG, Gerlafingen

Verfahren zur Rauchgaskühlung in Abfallverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung, insbesondere für Müll und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rauchgaskühlung in Abfallverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung, insbesondere für Müll, mit einem dem Verbrennungsofen nachgeschalteten Rauchgaskühler und diesem nachfolgendem Gasentstauber, wobei zur Abkühlung der Rauchgase vor deren Eintritt in den Gaskühler Sekundärluft mit versprühtem Wasser oberhalb des Verbrennungsrostes in den Feuerraum eingeführt wird.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

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Bei den bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen dieser Art dient die oberhalb des Verbrennungsrostes in den Feuerraum eingeführte Sekundärluft einmal zur Durchwirbelung der Verbrennungsgase und damit zur Nachverbrennung der in diesen noch enthaltenen flüchtigen brennbaren Stoffe innerhalb des Feuerraumes, zum anderen aber auch zur Abkühlung der heissen Rauchgase, damit diese dem vorzugsweise als Röhrenwärmetauscher ausgebildeten und dem Verbrennungsofen aufgesetzten Rauchgaskühler ohne zu hohe Wärmebelastung des letzteren zugeführt werden können, bevor sie über den Rauchgasreiniger in die freie Atmosphäre abgeleitet werden.

Nun hat sich in letzter Zeit die Müllzusammensetzung wesentlich geändert, was vor allem auf den ständig zunehmenden Anteil an Papier und Kunststoffabfällen im Müll zurückzuführen ist. Damit stieg zugleich aber auch der Heizwert des Mülls stetig an, wobei er Werte von mehr als 30CO kcal/kg erreichte, was immer grössere Mengen an Sekundärluft erforderte, damit die Feuerraumtemperatur 800 bis 1000 C nicht übersteigt, d.h. diejenigen Temperaturgrenzen nicht überschreitet,· die wegen der sonst eintretenden Schmelzung der Flugasche einerseits und der erforderlichen Desodorisierung der übelriechenden Rauchgase andererseits notwendig sind.

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Abgesehen davon, sank infolge der Veränderung der Zusammensetzung des Mülls, dem zum Teil auch noch Industrieabfälle beigegeben werden, zudem der Taupunkt der Rauchgase oft auf 30°C und tiefer.

Der durch den erhöhten Müllheizwert bedingte grössere Sekundärluftbedarf vergrösserte zugleich aber auch das effektive Rauchgasvolumen, was wiederum entsprechend grössere Gaskühler und Gasreiniger erforderte und damit nicht nur eine unerwünschte Vergrösserung der Baumasse dieser Geräte zur Folge hatte, sondern vor allem deren Anlage- und Betriebskosten erhöhte, was sich insbesondere bei dem zumeist als Elektrofilter ausgebildeten und daher ohnehin teuren Gasentstauber als schwerwiegender Nachteil auswirkte -

Zudem hat das Absinken des Taupunktes der Rauchgase unter 30 C einen stark verringerten Abscheidungswirkungsgrad beim Elektrofilter zur Folge.

Üeberdies wurde z.B. festgestellt, dass - mit der Veränderung der Müllzusammensetzung bzw. der damit Hand in Hand gehenden Aenderung der Rauchgaseigenschaften - die von den Rauchgasen durchströmten und von Luft als Kühlmedium im Querstrom beaufschlagten Rohre des Rauchgaskühlers sich bei Rauchgastemperaturen von 800 bis 1000 C rasch und stark verschmutzen und auch schwieriger zu reinigen sind.

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Jedenfalls können die wünschenswert langen, ununterbrochenen Betriebsperioden, d.h. die sogenannte "Reisezeit" von ca. 2000 Betriebsstunden bei den Abfallverbrennungsanlagen nach der schon erwähnten Veränderung der Müllzusainraensetzung nicht mehr erreicht v/erden.

Zweck der Erfindung ist, die vorgenannten Nachteile zu beheben.

Demgemäss betrifft die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass zusammen mit der Sekundärluft eine regelbare Menge Wasser in gleichmässiger Verteilung in den Feuerraum eingesprüht wird, dadurch in diesem, nach Oxidation der
brennbaren flüchtigen Anteile, die Rauchgase vorgekühlt
werden und gleichzeitig deren Taupunkt heraufgesetzt wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, die erfindungsgemäss gekennzeichnet
ist durch mindestens eine in der den Feuerraum begrenzenden Ofenwandung oberhalb des Verbrennungsrostes angeordnete
Mischdüse für die Sekundärluft und das Wasser.

in der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die erfindungs· gemässe Vorrichtung, die auch das Verfahren nach der Erfindung veranschaulichen, schematisch dargestellt. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Müllverbrennungsanlage mit der angebauten Gaskühlvorrichtung, in einem vertikalen Längsschnitt durch den Ofen, und

Fig. 2 eine als Zweistoffdüse ausgebildete Mischdüse für Luft und Wasser, in einem Längsschnitt.

In Fig. 1 besteht eine Müllverbrennungsanlage 1 im wesentlichen aus einem Müllverbrennungsofen 2, einem auf diesen aufgesetzten Rauchgaskühler 3 und einem diesem nachgeschalteten Rauchgasentstauber 4. Dem Ofen 2 wird über einen Einfülltrichter 5 der zu verbrennende Müll zugeführt, der zunächst über eine der Vortrocknung, Erhitzung und Zündung des Mülls dienenden Rostzone 6 und anschliessend über die darauffolgende eigentliche Verbrennungszone 7 bewegt wird, wonach die Verbrennungsrückstände in einen Aschenschacht 8 fallen und von dort abgeführt werden. Primärluft, die als Verbrennungsluft zur Verbrennung des Mülls dient, wird dem Ofen 2 über eine Leitung 9 zugeführt, wobei ein Teil dieser Luft unter den Vorrost 6 geführt und durch diesen und die darauf befindliche Müllschicht 10 hindurchgeblasen wird und zur Trocknung des Mülls sowie zu dessen Zündung dient, während der restliche Teil der Primärluft durch den Verbrennungsrost und die darauf befindliche Müllschicht 10a hindurch in den Feuerraum 11 geblasen wird.

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Eine als Zweistoff-Düse ausgebildete Mischdüse 12 für die Sekundärluft und Wasser ist hier in der den Feuerraum

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hinten begrenzenden Ofenrückwand/oberhälb des Verbrennungsrostes 7 angeordnet. Eine beispielsweise Ausführung dieser Mischdüse 12 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Um die Rauchgastemperatur im Feuerraum 11 nicht über das zulässige Temperaturmaximum ansteigen zu lassen und andererseits das Rauchgasvolumen nicht unnütz zu vergrössern, wird mit Hilfe der Sekundärluft über die Mischdüse das Wasser in feinst verteilter Form so eingesprüht, dass einerseits ein genügender Ueberschuss an für die Nach-Verbrennung notwendigem Sauerstoff vorhanden ist und andererseits die mittlere Rauchgastemperatur am oberen Austrittsende des Feuerraums 11 zwischen 650 und 700 C eingehalten wird.

Die Verweilzeit des in feinsten Tröpfchen in den Feuerraum 11 eingedüsten Wassers ist so gewählt, dass ihre Verdampfung einwandfrei gewährleistet ist und die homogene Abkühlung der Rauchgase erreicht wird, und zwar so, dass eine eventuell notwendige Nachoxidation der in den Rauchgasen noch vorhandenen brennbaren Anteile gewährleistet ist. Diese Verweilzeit beträgt beispielsweise etwa zwei Sekunden. Andererseits ist bei möglichst gleichmässiger Verteilung der Wassertröpfchen die Rauchgas-Aufenthaltszeit im Feuerraum 11 so gewählt, dass in diesem weder örtliche Unterkühlungen noch Ueberhitzungen auftreten können. Dank der Wasser-Einsprühung wird der Wassertaupunkt der Rauchgase mindestens auf 45 C

und höher heraufgesetzt, zugleich aber deren Temperatur. 609846/0 632

auf 650 bis 700°C herabgesetzt, wobei die eingedüste Luft an dieser Rauchgas-Abkühlüng ebenfalls wesentlich beteiligt ist.

Das Eindüsen von Sekundärluft plus Wasser, z.B. 0,2 bis
0,3 kg Wasser/Nm Sekundärluft, mittels der Mischdüse 12
erhöht das Abgasvolumen relativ gering, wodurch es ermöglicht wird, den Rauchgaskühler 3, dessen Rauchgasrohre im Querstrom von der Kühlluft 14 aussen beaufschlagt werden, wie auch den ihm nachgeschalteten,' als Elektrofilter ausgebildeten Rauchgasentstauber 4 unter optimalen Bedingungen und Verhältnissen zu betreiben.

Ferner hat sich gezeigt, dass unter den beschriebenen Bedingungen der Rauchgaskühler 3 sich kaum mehr verschmutzt, und - wenn schon - in einer Art, die eine erheblich leichtere Reinigung zulässt. Der Rauchgaskühler 3 ist so gewählt, dass er die vorgekühlten Rauchgase z.B. auf eine Temperatur von 250 bis 300⁰C bringt, d.h. Temperaturen, die für Elektrofilter optimal sind.

Anstelle einer einzigen Mischdüse 12 könnten auch mehrere vorgesehen werden.

In Fig. 2 ist eine Mischdüse 12 schematisch in einem Längsschnitt dargestellt. Eine rohrförmige Wasserdüse 16 ist inner-

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halb einer ebenfalls rohrförmigen Sekundärluftdüse 17 koaxial zu deren Längsmittelachse angeordnet. Die Sekundärluftdüse 17 durchsetzt die Ofenwand 15 und auch das an dieser aussen vorgesehene Ofenblech 18. Die Sekundärluftdüse 17 ist an einen rohrartig ausgebildeten Luftverteiler 19 angeschlossen. Das Düsenrohr 16 für das Wasser durchsetzt den Luftverteiler 19 an der Stelle 19a und ist mit einem Wasseranschluss 20 versehen. An der Endpartie des Luftverteilers 19 ist für den Sekundärluftanschluss ein Einlass-Stutzen 21 vorgesehen. Mehrere Mischdüsen 12 sind über die Länge des Luftverteilers 19 verteilt angeordnet und münden in den Feuerraum 11, ^- ·

Der Wasseranschluss 20 und der Luftanschluss 21 ist mit je einem jeweils unabhängig für sich einstellbaren, in Fig. 2 nicht dargestellten Regulierorgan versehen, so dass die zugeführten Luft- und Wassermengen unabhängig voneinander reguliert werden können. Indessen ist es auch möglich, das jeweils benötigte Luft- und Wasservolumen gemeinsam von einer zentralen Einstellvorrichtung aus auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse im Verbrennungsofen 2 (vgl. Fig.l) einzustellen. Ferner könnte die Sekundärluft- und Wasserzufuhr in einem in sich geschlossenen Regelkreis in Abhängigkeit von vorbestimmten Austritts-Sollwerten für die mittlere Rauchgastemperatur (z.B. 650 C) und den Wassertaupunkt der Rauchgase (z.B. 45C), beide Temperaturen noch innerhalb des"Feuerraumes 11 in Nähe der Austrittsstelle für die

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Rauchgase gemessen, automatisch geregelt werden.

Der Vorteil des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Rauchgaskühlung in Abfall-, insbesondere Müllverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung, bzw. der zu seiner Ausführung verwendeten Kühlvorrichtung besteht vor allem darin, dass nunmehr dank der zusammen mit und mittels der Sekundärluft vorgenommenen Wassereinsprühung das dem Rauchgaskühler und nachfolgendem, vorzugsweise als Elektrofilter ausgebildetem Gasreiniger zugeführte effektive Abgasvolumen erheblich geringer ist als bisher, so dass diese beiden Apparate - unter beibehaltener Erfüllung der recht strengen gesetzlichen Abgas-Vorschriften - neben betrieblichen Vorteilen nunmehr optimal betrieben werden können. ·>

Zudem besteht ein Vorteil des Verfahrens bzw. der Vorrichtung darin, dass durch die vor dem Elektrofilter vorgenommene Konditionierung der Rauchgase, d.h. die mit der Wassereindüsung in den Feuerraum erreichte Erhöhung des Wassertaupunktes, die Ionisierbarkeit der Rauchgase erheblxch verbessert und. dadurch der Abscheidewirkungsgrad des Elektrofilters entsprechend erhöht wird.

Ferner besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil darin, dass die von den vorgekühlten Rauchgasen durchströmten Röhren des Rauchgaskühlers nunmehr viel weniger rasch und stark verschmutzen, so dass dieser nur selten gereinigt zu.

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werden braucht und dann leicht und bequem gereinigt werden kann. Jedenfalls sind jetzt insoweit, wie Versuche erwiesen haben, Reisezeiten von mindestens 2000 Betriebsstunden und mehr für eine Müllverbrennungsanlage ohne weiteres leicht erreichbar.

Durch geeignete Wahl des Sprühkegelwinkels kann bei den relativ kurzen Wegen der einzelnen Wassertropfen im Feuerraum, d.h. bei der durch deren minimale Grosse einerseits und durch die intensive Wärmeübertragung andererseits erreichten kurzen Verdampfungsstrecke, eine örtliche Abschrekkung des den Feuerraum begrenzenden Mauerwerks durch Aufprallen von Wassertropfen auf die heisse'Ofenwand ohne weiteres ausgeschlossen werden, so dass eine etwaige Zerstörung des Mauerwerks, bedingt durch jähe Temperaturwechsel, Benetzung und/oder Säurefrass, d.h. Korrosion infolge Kondensation namentlich bei Erreichung des Schwefelsäuretaupunktes der Rauchgase, hier überhaupt nicht in Frage kommen kann. Zudem wird durch die Zerstäubung des Wassers in feinste Tröpfchen auch ein optimal gleichmässig'es Temperaturfeld über den ganzen Feuerraumquerschnitt erreicht und damit auch insoweit ein entsprechend hoher thermischer Wirkungsgrad der Müllverbrennungsanlage gewährleistet. Die Wasserdüsen sind durch den sie mantelförmig umschliessenden Sekundärluftstrahl vor Hitze und Schmutz bestens geschützt, denn das noch kalte Wasser sorgt für eine gute Kühlung des Wasserdüsenrohres, und die mit hoher Geschwindigkeit das

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Luftdüsenrohr durchströmende Sekundärluft: verhindert ein Ansetzen von Schmutz aus dem Feuerraum am Wasserdüsenmund, so dass also beide' Ausmündungen der Mischdüse, d.h. nicht nur der Mund des Luftdüsenrohres, vor Verschmutzung geschützt sind und somit die Mischdüse ihre Blas- und Zerstäubungscharakteristik immer beibehält.

Ein weiterer Vorteil dieses Vor-Kühlverfahrens und der Vorrichtung zu seiner Ausführung ist darin zu sehen, dass die Kühlvorrichtung samt zugehöriger Steuer- bzw. Regelapparatuf auch noch nachträglich in einen bereits bestehenden Verbrennungsofen eingebaut und so eine bezüglich Rauchgasvorkühlung bereits ungenügend gewordene Abfallverbrennungsanlage auf das neue, wesentlich günstigere Kühlsystem umgestellt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

,' 1. J Verfahren zur Rauchgaskühlung in Abfallverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung, insbesondere für Müll, mit einem dem Verbrennungsofen nachgeschalteten Rauchgaskühler und diesem nachfolgenden Gasentstauber, wobei zur Abkühlung der Rauchgase vor deren Eintritt in den Rauchgaskühler Sekundärluft oberhalb des Verbrennungsrostes in den Feuerraum eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit der Sekundärluft eine regelbare Menge Wasser in gleichmässiger Verteilung in den Feuerraum eingesprüht wird, dadurch in diesem, nach der Oxidation der brennbaren flüchtigen Anteile, die Rauchgase vorgekühlt werden und gleichzeitig deren Taupunkt heraufgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass durch die Sekundärluft und das Wasser die Rauchgase auf mindestens 650°C heruntergekühlt werden, bevor sie aus dem Feuerraum in den Rauchgaskühler geleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das eingesprühte Wasser der Wassertaupunkt der Rauchgase auf mindestens 45 C heraufgesetzt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den.Feuerraum einzuführende Sekundärluft- und Wassennenge in Abhängigkeit von Sollwerten für die mittlere Rauchgastemperatur'im Feuerraum und den Wassertaupunkt der Rauchgase von Hand gesteuert oder automatisch geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Feuerraum einzuführende Sekundärluft- und Wassermenge vor Eintritt in den Feuerraum aufgeteilt und an mehreren Stellen jeweils in mindestens annähernd gleichem Luft/Wasser-Mengenverhältnis in den Feuerraum eingeführt wird.
6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine in der den Feuerraum (11) des Verbrennungsofens (2) begrenzenden Ofenwandung (13, 15) oberhalb des Verbrennungsrostes (7) angeordnete Mischdüse (12, 12a) für die .Sekundärluft und das Wasser.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (12) im wesentlichen aus einem

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Düsenrohr für die Sekundärluft und einem in diesem koaxial angeordneten Düsenrohr (16) für das Wasser besteht.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mischdüsen (12) zu einem Düsenregister zusammengefasst und die Düsenrohre (17) für die Sekundärluft an einen gemeinsamen Luftverteiler (19) angeschlossen sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenrohre (16) für das Wasser den Luftverteiler (19) luftdicht durchsetzen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenrohr (16) für das Wasser im Düsenrohr (17) für die Sekundärluft axial verschiebbar und dadurch der Abstand des Wasserdüsenmundes gegenüber dem Luftdüsenmund einstellbar ist.

5.2.1976
Jr/ae/li

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