DE3527615A1 - Verfahren und anlage zur entsorgung von chlorhaltigen abfaellen, insbesondere von haus- und kommunalmuell - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anlage zur Entsorgung von chlorhaltigen Abfällen, insbesondere von Haus- und Kommunalmüll durch Verbrennung und Verwendung von Verbrennungswärme zur Lieferung von Nutzenergie wie Heißdampf beziehungsweise elektrischer oder mechanischer Leistung in einem System, das eine Brennzone für die Abfälle, eine Wärmeübertragungszone für die Nutzenergieerzeugung, sowie eine Gasreinigungszone und fallweise eine Brennlufterwärmungszone aufweist.

Die Verbrennung von Abfällen und Nutzung der Verbrennungswärme zur Lieferung von Nutzenergie wie Heißdampf beziehungsweise elektrischer oder mechanischer Leistung in einem System wird zur Zeit an vielen Stellen durchgeführt. Es hat sich jedoch als Nachteil herausgestellt, daß durch die Verbrennung chlorhaltiger Abfälle, insbesondere beim Hausmüll, polychlorierte Dibenzodioxine (PCDD) und polychlorierte Dibenzofurane (PCDF) entstehen und in die Umwelt emmittiert werden. Wegen der bekannt toxischen Wirkung dieser polychlorierten Verbindungen ist somit heute die Abfallverbrennung allgemein in Frage gestellt und sogar eine Stillegung vorhandener Anlagen in Diskussion.

Die Entwicklung verbesserter alternativer Verfahren zur Abfallentsorgung mit weniger gefährlichen Auswirkungen auf die Umwelt, die es erlauben würden, chlorhaltige Abfälle, insbesondere Hausmüll, mit vertretbarem Kostenaufwand umweltneutral zu entsorgen, befindet sich noch im Entwicklungsstadium mit zur Zeit noch nicht absehbaren Erfolgaussichten. Die Einführung solcher neuer Verfahren würde zudem noch längere Entwicklungszeiten in Anspruch nehmen. Dabei ist weiterhin ungewiss, ob mit zukünftigen verbesserten Verfahren der Abfallentsorgung eine Sanierung der vorhandenen Anlagen mit wirtschaftlich vertretbaren Kosten erreich werden könnte.

In Anbetracht der herrschenden Unsicherheit wird Hausmüll vielerorts noch in Erddeponien verbracht. Weil aber auch die Abfalldeponierung große und vielfach nicht kalkulierbare Risiken der Umweltverträglichkeit zur Folge hat, ist auch diese bekannte Möglichkeit der Abfallentsorgung lediglich eine Verlegenheitslösung, gegen die in steigendem Maße Bedenken und Widerstände erhoben werden. Sie erfordert ferner geeigneten Deponieraum, der insbesondere in den Ballungsgebieten mit hohem Müllabfall nicht mehr verfügbar ist.

Somit erweist sich die Entsorgung chlorhaltiger Abfälle wegen der dadurch verursachten Belastung der Umwelt als derzeit nahezu unlösbares Problem.

Es sind Vorschläge bekannt, die Entsorgung von Abfällen, insbesondere von Haus- und Kommunalmüll, durch Verbrennung mit Verfahren zur Herstellung von hydraulischen oder nichthydraulischen Bindemitteln zu koppeln, wobei im wesentlichen Kalkanteile von karbonathaltigen Ausgangsstoffen zur chemischen beziehungsweise adsorbtiven Bindung der beim Brennprozeß freigesetzten umweltbelastenden Schadstoffe herangezogen werden. Ein Beispiel hierfür ist durch die DE-OS 33 20 670 bekannt geworden.

Das hieraus ersichtliche Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Bindemitteln unter Verwendung heizwerthaltiger Ausgangsstoffe zeigt einen im Prinzip vernünftigen Weg zur Entsorgung chlorhaltiger Abfälle auf. Andererseits aber kann eine Koppelung von Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln mit der Abfallentsorgung von Haus- und Kommunalmüll nur als eine Teillösung verstanden werden, weil einerseits die Standorte solcher Anlagen vielfach große Transportprobleme aufwerfen würden, weil weiterhin die Möglichkeiten der zu entsorgenden Müllmenge, gebunden an schwankende Produktionsauslastungen solcher Anlagen begrenzt sind, und zudem auch mit diesen Verfahren eine Sanierung vorhandener Müllverbrennungsanlagen nicht durchführbar ist. Und schließlich ist auch bei den bekannten Verfahren nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen, daß gleichwohl noch polychlorierte toxische Verbindungen der genannten Art wie Dibenzodioxine oder Dibenzofurane mit dem Abgas in die Umgebung gelangen.

Um zu Erkenntnissen über die chemischen Vorgänge bei der Bildung von Dioxin zu gelangen, und hieraus Schlüsse für die Unterdrückung beziehungsweise Vermeidung der entsprechenden Reaktionen ziehen zu können, wurden seit 1981 von CBNS (Center for the Biology of Natural Systems, Queens College, Cuny, Flushing, New York) umfangreiche Untersuchen durchgeführt und dabei Messungen des Instituts an bestehenden Müllverbrennungsanlagen vorgenommen und bereits veröffentlichte Meßergebnisse anderer Institute kritisch ausgewertet.

Aus umfangreichen Berichten des Institutes, veröffentlicht unter den Titeln:

• I. An Assessment of the Risks due to Emissions of Chlorinated Dioxins and Dibenzofurans from Proposed New York City Incinertors
• II. The Origins of Chlorinated Dioxins and Dibenzofurans Emitted by Incinerators That Burn Unseparated Minicipal Solid Waste, and and SSessment of Methods of Controlling Them
• III. A Comparison of Different Estimates of the Risk Due to Emissions of Chlorinated Dioxins and Dibenzofurans from Proposed New York Incinerators
• IV. SUMMARY
  The Risks dut to Emissins of Chlorinated Dioxins and Dibenzofurans from Proposed New York City Incinerators.

ergeben sich gegenüber bisherigen Vorstellungen neue Erkentnisse über die reaktionskinetischen Vorgänge bei der Dioxinbildung. Danach ist beziehungsweise sind:

• a) in den heißen Ofenabgasen kein Dioxin enthalten,
• b) im Abgas nach dem Elektrofilter und im abgeschiedenen E-Filterstaub Dioxingehalte deutlich nachweisbar,
• c) im Abgas am Kaminausgang hohe Dioxinwerte nachweisbar

Diese Ergebnisse werden folgendermaßen diskutiert:

Bei unvollständiger Verbrennung von Lignin (wesentlicher Bestandteil von Papier, Pappe, Holz) entsteht ein ringförmiges Kohlenwasserstoffmolekül, und bei der Verbrennung von PVC Salzsäure (HCl).

Im Temperaturbereich unterhalb 400°C kondensieren diese Komponenten auf vorhandenen, im Mikron-Bereich vorliegenden Staubpartikeln, bilden Dioxine beziehungsweise Furane und werden mit dem E-Filterstaub ausgetragen. Bei weitergehender Abkühlung verstärkt sich die Bildung von Dioxin sprunghaft, weshalb die höchsten Dioxin-Gehalte im Bereich des Kaminausganges festgestellt wurden.

Hieraus kann gefolgert werden, daß die im Mikron-Bereich vorliegende feinste Staubfraktion im Reingas mit ihrer hohen spezifischen Oberfläche als Katalysator für die Dioxinbildung, und zwar im Bereich relativ niedriger Temperaturen bei der Kondensation wirksam wird.

Das Ergebnis dieser Untersuchungen steht nicht im Widerspruch zu der gesicherten Kenntnis, daß Dioxine oberhalb von 1100°C zerstört werden. Weil sich jedoch die Dioxine nach der vorliegenden neuen Erkenntnis nicht, wie bisher angenommen, im Hochtemperaturbereich der Müllverbrennungsanlagen bilden, kann folglich die Dioxinbildung entgegen bisher vorherrschender Meinung der Fachwelt auch nicht durch sehr hohe Müllverbrennungstemperaturen (1200 bis 1300°C) effektiv vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entsorgung von chlorhaltigen Abfällen, insbesondere von Haus- und Kommunalmüll, durch Verbrennung und Verwendung von Verbrennungswärme zur Lieferung von Nutzenergie sowie eine entsprechende Anlage zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem die Entstehung von PCDD und PCDF in statu nascendi unterbunden wird. Ein wesentlicher Teil der Aufgabenstellung ist weiterhin darauf gerichtet, vorhandene Abfallverbrennungsanlagen mit vertretbaren wirtschaftlichen Mitteln umzurüsten und so wirkungsvoll zu verbessern, daß dadurch die Emission von PCDD und PCDF, solcher Anlagen vermieden oder zumindestens signifikant reduziert wird.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß die Temperatur des aus der Wärmeübertragungszone austretenden Abgases auf ein Temperaturniveau oberhalb der Kondensationstemperatur von HCl auf wenigstens 300°C eingestellt, das Abgas bei dieser Temperatur zur Bildung von Chlor mit einem basischen pulverförmigen Reaktionsstoffe fein dispers durchsetzt und anschließend Gas und Reaktionsstoffe getrennt und das Gas in der Gasreinigungszone reinigend nachbehandelt wird.

Mit Vorteil wird durch das Verfahren bei der Verbrennung von Abfall freigesetztes Chlor oberhalb der für die Dioxinbildung durch Kondensation bevorzugten niedrigeren Temperaturschwelle - diese beginnt nach den genannten Untersuchungen unterhalb 400°C, bevorzugt unterhalb 300°C und stürmisch verlaufend zwischen 200 und 150°C mit danach abklingender Tendenz - an das pulverförmige basische Material weitgehend bis vollständig gebunden und mit dem abgeschiedenen Reaktionsstoff abgeführt. Die Abgase nach der im Temperaturbereich oberhalb der Kondensation von Chlorverbindungen erfolgten Entstaubung enthalten somit keine Chlorbestandteile oder nur noch sehr geringe Mengen, so daß die Bildung von PCDD und/oder PCDF in den bevorzugt niedrigeren Temperaturbereichen nicht mehr oder nur noch in einem sehr geringen Umfang möglich ist.

Indem mit der Erfindung dafür gesorgt wird, daß die zur Bildung der polychlorierten toxischen Verbindungen erforderliche kondensierbare Atmosphäre von HCl-Dampf nicht oder zumindest nur noch in winzigen Spuren zwischen 300 und 150°C auftritt, kann durch gezielte Minimierung dieser Komponente in dem mit der Erfindung vorgesehenen höheren Temperaturbereich die Bildung der toxischen Stoffe äußerst weitgehend unterdrückt werden.

Weiterhin wird mit Vorteil auch der Flugstaubgehalt, insbesondere der Gehalt an feinster Flugasche durch dessen Agglomeration an feinkörnigen Reaktionsstoff in den für die PCDD und PCDF-Bildung kritischen Temperaturbereichen der Abgase drastisch reduziert.

Dadurch werden die zur Bildung von Dioxinen offenbar erforderlichen Kondensationsflächen der Feinststaubfraktion drastisch reduziert und somit auch von daher die Reaktionsmechanismen der Dioxinentstehung erheblich gestört beziehungsweise gestoppt.

Mit Vorteil sieht eine Ausgestaltung vor, daß die Temperatur des Abgases auf mindestens 350°C, vorzugsweise auf 380°C, eingestellt, und die Trennung von Gas und Reaktionsstoff im wesentlichen auch bei diesem Temperatur-Niveau vorgenommen wird.

Das Verfahren sieht mit Vorteil weiter vor, daß der Reaktionsstoff in den chlorhaltigen Abgasen in einer Reaktionszone im Gasstrom in der Schwebe zu einer Suspension vermischt und dabei Gas und Reaktionsstoff für die Dauer einer vorgesehenen Verweilzeit miteinander in der Suspension geführt und erst danach getrennt werden.

Auf diese Weise wird durch die Zurverfügungstellung einer vorgesehenen Verweilzeit eine den Stoffaustausch zwischen dem Reaktionsstoff und den chlorhaltigen Abgasen reaktionskinetisch günstige Voraussetzung geschaffen.

Mit Vorteil wird diese noch weiter dadurch verbessert, daß nach einer weiteren Ausgestaltung der Reaktionsstoff in der Reaktionszone im überstöchiometrischen Verhältnis zu den zu bindenden Chloranteilen des Abgases im Kreislauf geführt wird.

Hierdurch erhält jedes Partikelchen des Reaktionsstoffes wiederholt und vielfach Gelegenheit, im Kontakt mit der chlorhaltigen Abgasatmosphäre seine Verweilzeiten zu vervielfachen und dadurch die Bindungsaktivität mit relativ hoher Sättigung optimal zu entfalten.

Hierfür wird Vorteil weiter vorgeschlagen, daß der Reaktionsstoff in wenigstens zwei, vorzugsweise mehreren Stufen der Reaktionszone wiederholt und jeweils unter Turbulenz mit dem Abgas zur Suspension im vorgesehenen Temperaturniveau vermischt und danach Gas und Reaktionsstoff im annähernd unveränderten Temperaturniveau getrennt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß eine Reaktion zwischen Abgas und Reaktionsstoff in wenigstens einer Wirbelschicht vorgenommen wird. Auch hierbei wird ein intensiver Kontakt mit genügender Verweilzeit zwischen Abgas und Reaktionsstoff hergestellt, um dadurch eine intensive Bindung der Chloranteile des Abgases an den Reaktionsstoff zu begünstigen beziehungsweise zu ermöglichen.

Dabei ist vorgesegen, daß die Abgastemperatur am Austritt der Wärmetauscherstufe durch Regelung der Wärmeübertragungsleistung oder durch Regelung der Heizleistung beispielsweise mit Hilfe der in die Feuerung aufgegebenen Abfallmenge oder durch Regelung von Menge und/oder Temperatur der Verbrennungsluft auf die vorgesehene Höhe eingestellt wird.

Dabei kann mit Vorteil die Heizleistung der Feuerung durch wenigstens teilweise Verwendung von Sauerstoff anstelle von Sekundärluft eingeregelt werden.

Um mit Vorteil die wärmewirtschaftliche Ökonomie des Verfahrens auf einem hohem Wirkungsgrad zu halten, wird weiter vorgeschlagen, daß der Wärmeinhalt der relativ heißen Abgase der Entstaubung zur Erhitzung von Verbrennungsluft für die Abfallverbrennung genutzt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 11 bis 19 vorgesehen.

Eine Anlage zur Entsorgung von chlorhaltigen Abfällen durch Verbrennung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 19, mit einem Verbrennungsofen, einer Einrichtung zur Übertragung von Wärme auf einen Nutzenergieerzeuger zur Dampf- oder Leistungserzeugung, sowie mit einer Abgasleitung mit Einrichtungen zur Reinigung und insbesondere Entstaubung des Abgases ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung eine Reaktionsstufe angeordnet oder ein Teil dieser als Reaktionsstufe ausgebildet ist, und daß diese Reaktionsstufe Mittel zur Mischung des Abgases mit einem pulverförmigen Reaktionsstoff, Mittel zur Intensivierung des Stoffaustausches während einer Verweilzeit bei der Reaktion zwischen Abgas und Reaktionsstoff, weiterhin Mittel zum Trennen der Mischung in Gas und Reaktionsstoff nach erfolgter Reaktion und schließlich Mittel zum Zu- und Abführen von Reaktionsstoff aufweist.

Mit Vorteil weist die Reaktionsstufe weiterhin Transportmittel zur Rezirkulation beziehungsweise zur Kreislaufführung von Reaktionsstoff, beispielsweise ein Becherwerk oder eine pneumatische Fördereinrichtung auf, und schließlich mit Vorteil wenigstens zwei in Reihe geschaltete Reaktionsstufen, gegebenenfalls auch mehr als zwei Reaktionsstufen.

Zur Intensivierung des Stoffaustausches zwischen Gas und fein dispers verteiltem feinkörnigem Reaktionsstoff kann mit wenigstens einer Venturidüse ausgebildet sein. In dieser findet eine Querschnittsverengung und dadurch eine Beschleunigung der Gasgeschwindigkeit statt, wodurch es zu einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Gas und feindispers verteilten Feststoffteilchen kommt. Hierdurch wird der Stoffaustausch begünstigt.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit der Intensivierung des Stoffaustausches ergibt sich dadurch, daß die Reaktionsstufe mit Leitbleichen zur wiederholten Durchwirbelung von Abgas und Reaktionsstoff ausgebildet sein kann.

Und schließlich kann die Reaktionsstufe mit wenigstens einer, vorzugsweise mehreren Zyklonen und/oder Wirbelschicht(en) ausgebildet sein.

Mit Vorteil weist hierbei eine Reaktionsstufe jeweils Mittel zum Gasdurchsatz, Mittel zur Aufgabe von Reaktionsstoff in das Gas, Mittel zur intensiven Mischung von Gas und Reaktionsstoff, weiterhin Mittel zum Transport der Mischung von Gas und Reaktionsstoff zur Erzielung einer Verweilzeit und an deren Ende Mittel zur Trennung von Gas und Reaktionsstoff sowie schließlich Mittel zur Ableitung von abgeschiedenem Reaktionsstoff auf.

Dabei kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Reaktionsstufe Mittel zur Stromteilung des abgeleiteten Reaktionsstoffstromes in Teilströme und Mittel zur Rezirkulation eines Teilstromes zum Reaktionsstoff-Aufgabemittel aufweisen.

Mit der Erfindung wird unter anderem durch die Vorwärmung der Verbrennungsluft eine vollständigere Verbrennung und somit eine Erhöhung der Verbrennungstemperatur und in der Brennzone eine bereits teilweise originäre Zersetzung phenolischer Verbindungen erreicht. Diese phenolischen Verbindungen entstehen durch Wärmeeinwirkung auf Ligninbestandteile von zellstoffhaltigen Produkten wie Papier, Karton, Holzteilen etc. Durch deren teilweisen Abbau bei hohen Brenntemperaturen kann somit diese für die PCDD- und PCDF-Bildung wesentliche Komponente zumindest mengenmäßig reduziert wird.

Die Zufuhr von basischem Material bei der thermischen Behandlung von chlorhaltigen Abfällen im Temperaturbereich oberhalb 300°C ist an sich bekannt (z. B. EP-Patentanmeldung 80 103 576.7). Auch wird die Entstaubung von Rauchgasen bei Abfallverbrennungsanlagen im Temperaturbereich oberhalb 300°C vielfach praktiziert. Eine solche Entstaubung wird beispielsweise in Altanlagen vorgenommen, in denen sich, bedingt durch die niedrige Wärmeübertragungsleistung des Systems, relativ hohe Abgastemperaturen einstellen.

Abweichend hiervon wird mit der Erfindung vorgeschlagen, im Temperaturbereich oberhalb 300°C, bevorzugt zwischen 400 und 300°C, dem System sowohl ein pulverförmiges basisches Reaktions-Material zuzugeben, als auch die Entstaubung der Abgase nach der Reaktion des basischen Materials mit den flüchtigen Chloranteilen des Rauchgases im möglichst gleichen Temperaturbereich oberhalb 300°C, vorzugsweise oberhalb 350°C, vorzunehmen.

Durch die Kombination der beiden Maßnahmen kann somit erstmals als neue Wirkung ein weitgehend chlor- und flugstaubfreies beziehungsweise flugaschenfreies Abgas im Temperaturbereich zwischen 400 und 300°C hergestellt und somit in der bezüglich Dioxin-Entstehung besonders bevorzugten darunterliegenden Temperaturschwelle zwischen 300 und 150°C das Einsetzen einer PCDD- und PCDF-Bindung weitgehend bis vollständig unterbunden werden.

Die Unterbindung der PCDD- und PCDF-Bindung gelingt mit der Erfindung dabei um so vollständiger, je vollständiger die Entstaubung im genannten Temperaturbereich und desto vollständiger die Bindung von Chlor an das pulverförmige basische Material durchgeführt wird. Dabei kann entsprechend der Lehre der Erfindung die Bindung von Chlor mit steigender Zugabemenge in einem künstlich gesteigerten Kreislauf und weiter durch besonders feines Aufmahlen des basischen Materials sowie durch Intensivierung der Kontaktbildung mittels künstlicher und mehrfacher Turbulenzen unter Einschaltung entsprechender Verweilzeiten zwischen Abgas und dem Reaktionsstoff durch wiederholtes Zusammenfügen, Trennen, Verwirbeln und Verlängerung der Reaktionsstrecke in der Wirksamkeit gesteigert beziehungsweise optimiert werden.

Ferner kann das pulverförmige Material nach dem vorliegenden Vorschlag an unterschiedlichen Stellen des Systems eingeführt werden, und zwar an Orten relativ höheren Temperaturniveaus beispielsweise zwischen 500 und 600°C und an Stellen niedrigeren Temperaturniveaus, beispielsweise zwischen 400 und 300°C. Durch Zugabe des Reaktionstoffes im heißeren Temperaturbereich wird einerseits die Reaktionsstrecke verlängert und andererseits die Reaktionskinetik verbessert. Eine hierdurch hervorgerufene Verringerung der Wärmeübertragungsleistung kann durch rekuperative Verwendung der Restwärmen vom Gas und/oder Feststoff zum Aufheizen von Brennluft wieder ausgeglichen werden.

Dabei kann ein Teil des pulverförmigen Materials mit Vorteil im Kreislauf geführt werden, wobei jeweils ein geringer Teilstrom frischen Reaktionsstoffes dem Kreislauf zugefügt und ein geringer mengengleicher Teilstrom chlorgesättigten Reaktionsstoffes laufend abgeführt wird. Dabei kann beispielsweise die Frischgutzugabemenge in Abhängigkeit vom Chlorgehalt der Gasphase der Abgase eingestellt werden.

Insgesamt wird durch die hierdurch erreichte mengenmäßige Anreicherung eines Reaktionsstoff-Kreislaufes in der Reaktionszone die insgesamt benötigte Menge an Reaktionsstoff auf einem relativ niedrigen Niveau gehalten, weil durch die wiederholte Kontaktbildung nahezu eine Chlorsättigung des kalkhaltigen Materials erreicht wird.

Wie bereits weiter oben erwähnt, wird die Unterbindung der Bildung von PCDD und PCDF um so effektiver, je geringer der Reststaubgehalt beziehungsweise der Restflugaschegehalt in den Abgasen nach der Entstaubung ist. Es ist deshalb ein Reststaubgehalt von weniger als 50 mg/Nm³, vorzugsweise weniger als 30 mg/Nm³ im Abgas anzustreben.

Als besonders vorteilhaft erweist sich hierbei der Einsatz eines Elektrofilters für diese Entstaubung, weil dieses den entsprechend der Lehre der Erfindung relativ hohen Gastemperaturen bei der Staubabtrennung nicht nur standhält, sondern weil vor allem dessen Wirkungsgrad im Temperaturbereich oberhalb 300°C, insbesondere oberhalb 350 und um 380°C, wesentlich besser ist, als beispielsweise im Temperaturbereich zwischen 200 und 300°C.

Dem Elektrofilter kann dabei vorteilhaft ein Zyklon oder eine Reihe von Zyklonen vorgeschaltet werden, und diese können sowohl zur Vorabscheidung als auch zur wiederholten Rezirkulation des pulverförmigen basischen Materials herangezogen werden.

Die Entstaubung im relativ heißen Temperaturbereich hat weiterhin den Vorteil, daß dadurch relativ heiße und nahezu staubfreie Abgase entstehen, die sich somit vorteilhaft zur Vorwärmung der Verbrennungsluft, beispielsweise durch indirekten Wärmeaustausch eignen. Ein relativ unkomplizierter, beispielsweise rotierender Lamellenrekuperator üblicher und bekannter Bauart kann somit zur Anwendung kommen.

Die Vorwärmung der Verbrennungsluft und der relativ geringe Luftbedarf bewirken bei relativ hohen Verbrennungstemperaturen einen guten Ausbrand des Abfalls.

Dadurch wird, wie bereits erwähnt, eine Zersetzung von phenolischen Verbindungen erreicht und ferner entsteht eine geringere Rauchgasmenge, wodurch die dem System nachgeschalteten Einrichtungen kleiner ausgelegt werden können, als dies in konventionellen Müllverbrennungsanlagen der Fall ist. Alle diese positiven Faktoren gleichen den durch Zugabe des Reaktionsstoffes und dessen Abscheidung im relativ hohen Temperaturniveau verursachten Wärmeverlust des Systems aus.

Indem eine Ausgestaltung des Verfahrens vorsieht, einen Teil der Sekundärluft für die Verbrennung durch Sauerstoff oder eine mit Sauerstoff angereicherte Luft zu ersetzen, kann die Rauchgasmenge weiter reduziert und die Verbrennungslufttemperatur weiter erhöht werden, was die bereits beschriebenen Vorteile noch verbessert.

Das Verfahren nach der Erfindung sieht unter anderem auch vor, daß die Abgase der Entstaubung nach einer Wärmeübertragung, beispielsweise an die Verbrennungsluft, einer Rauchgaswäsche unterzogen werden.

Weil einige Elemente beziehungsweise Verbindungen, insbesondere leicht flüchtige Schwermetalle, wie Quecksilber, im Temperaturbereich der Entstaubung nicht kondensiert und somit nicht niedergeschlagen werden, ist die Abscheidung solcher Elemente beziehungsweise Verbindungen in einer nachgeschalteten Rauchgaswäsche sehr wichtig.

Dabei können konventionelle Rauchgaswäschen nach dem Naß-Trocken- oder quasi Trockenverfahren zur Anwendung kommen. Weil jedoch beim vorgereinigten Abgas nur geringe Stoffmengen abzuscheiden sind und die Abgasmenge infolge annähernd stöchiometrischen Anteils der Luftmenge in der Feuerung im Verhältnis zur verbrannten Abfallmenge gegenüber älteren Müllverbrennungsanlagen erheblich reduziert ist, kann mit entsprechend geringerem Anlagenumfang und geringerem Reagenzmitteleinsatz bei der Rauchgaswäsche ausgekommen werden.

Im folgenden wird die Erfindung in der Zeichnung in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten entnommen werden können. Es zeigt

Fig. 1 einen Verfahrensstammbaum der Anlage in Form eines Blockschaltbildes;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Anlage, in der die Abfallverbrennung in einem Drehrohrofen mit nachgeschaltetem Dampfkessel gezeigt und die einzelnen Elemente der erfindungswesentlichen Reaktionsstufe der Anlage bildhaft, jedoch rein schematisch dargestellt sind.

Wie aus dem Blockschaltbild in Fig. 1 hervorgeht, weist die Anlage ein System mit Einrichtungen 1 sowohl zur Verbrennung des chlorhaltigen Abfalls auch zur Wärmeübertragung und Nutzenergiegewinnung 6 auf, beispielsweise einen Dampferzeuger. Das hierfür vorgesehene Wärmeübertragungsmedium, Wasser beziehungsweise Wasserdampf wird in einem Rohrregister 6 innerhalb des Systems erhitzt. Kaltes Wärmeübertragungsmedium tritt als Kondensat im kalten Zustand durch die Leitung 24 in den Dampferzeuger 6 des Systems ein und wird nach Erhitzen als Heißdampf mit der Leitung 28 aus dem Dampferzeuger 6 herausgeführt. Der zu verbrennende chlorhaltige Abfall wird, angedeutet durch den Pfeil 23 , der Einrichtung 1 zur Verbrennung aufgegeben. Pulverförmiges basisches Material wird gemäß Pfeil 3 und Verbrennungsluft gemäß Pfeil 21 ebenfalls der Einrichtung aufgegeben. Schlacke wird bei 20 ausgetragen; das mindestens 300°C heiße Abgas verläßt durch die Leitung 13 die Einrichtungen 1 beziehungsweise 6 und wird in die Trennstufe 2 geführt.

Der mit einer Strich-Punkt-Linie umgrenzte Bereich 10 des Systems ist als Reaktionstufe ausgebildet und weist in dem nach der erfindungsgemäßen Lehre vorgesehenen Temperaturintervall Mittel 3 zur Aufgabe eines pulverförmigen Reaktionsstoffes sowie zur intensiven Mischung des Abgases mit dem pulverförmigen Reaktionsstoff, und Mittel 30 zur Intensivierung des Stoffaustausches während einer Verweilzeit bei der Reaktion zwischen Abgas und Reaktionsstoff und weiterhin Mittel 2 zur Trennung der Mischung in Gas und Reaktionsstoff nach erfolgter Reaktion in einer Trennstufe sowie Mittel 4 zum Abführen von schadstoffbeladenem Reaktionsstoff auf.

Der in der Trennstufe 2, vorzugsweise einem Elektrofilter mit vorgeschaltenen Abscheidern, abgeschiedene Staub wird durch die Leitung 29 ausgetragen und kann zum Teil durch die Transportmittel 7, 7′, 7′′ wieder zur Aufgabe 3 rezirkuliert werden. Die aus der Trennstufe austretenden Abgase werden mit der Leitung 15 beziehungsweise 16 durch den Luftvorwärmer 5 geführt. Dieser kann als indirekter Rekuperator ausgebildet sein, welcher im Gegenstrom zum wärmeabgebenden Abgas Frischluft, die mit der Leitung 31 eingeführt wird, erwärmt. Die erwärmte Luft wird durch die Leitung 21 zur Brenneinrichtung 1 des Anlagensystems geleitet. Der erwärmten Brennluft kann Frischluft durch die Leitung 21 zugesetzt werden. Die im Luftvorwärmer 5 nach Wärmeübertragung auf die Brennluft abgekühlten Abgase werden mit der Leitung 16′ der Rauchgaswäsche 25 zugeführt und gelangen von dort als Reingas in einen Kamin 32. Der Niederschlag der Rauchgaswäsche 25 wird gemäß Pfeil 27 abgeführt.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der vorstehend rein schematisch beschriebenen Anlage in Form eines Blockschaltbildes gezeigt, wobei insbesondere die Art der Aufgabe, Rückführung und der Austrag des pulverförmigen basischen Materials im Bereich der Reaktionsstufe 10 dargestellt ist. Die Funktionen der unterschiedlichen Anlagenelemente entsprechen denen, die bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurden.

Die Einrichtung 1 weist eine Abfallaufgabe 23 auf, durch welche der als Verbrennungsaggregat vorgesehene Drehrohrofen 33 mit dem zu verbrennenden Abfall in dosierter Menge beschickt wird. Weiter weist die Einrichtung einen Dampferzeuger 34 und die im Bereich der Abgasanlage vorgesehene Reaktionsstufe 10 auf.

Basisches Material kann fallweise durch eine Aufgabeeinrichtung 3 entweder direkt im Auslaufbereich des Dampferzeugers 34, beispielsweise an der Stelle 35 in einem Temperaturniveau zwischen 600 und 500°C oder durch die Zweigleitung 3′ der Reaktionszone, und zwar in die Abgasleitung 13 aufgegeben werden. Bei der Zugabe an der Stelle 35 wird die Chlorbindung an das basische Reaktionsmedium bereits zum Teil im Dampferzeuger bei Rauchgasstemperaturen um ca. 500°C mit hoher Reaktivität eingeleitet. Zusätzlich hierzu wird der Reaktionsstufe 10 eine restliche Menge von Reaktionsmedium 3′ beispielsweise an der Stelle 36 aufgegeben, wobei dieses in noch zu beschreibender Weise innergalb der Reaktionsstufe 10 wiederholt mit dem Abgas bei einem Temperaturniveau zwischen 300 und 400°C in Kontakt gebracht und im gleichen Temperaturniveau schadstoffbeladene Anteile des Reaktionsmediums gemäß Pfeil 4 ausgeschieden werden

Das Anlagensystem gemäß Fig. 2 weist zwei in Reihe geschaltete Reaktionstufen 10 a und 10 b mit den beiden Zyklonen 11 und 12 auf. Dabei ist die gezeigte Anzahl von Reaktionsstufen lediglich beispielhaft aufzufassen, es könnte sich von Fall zu Fall günstig erweisen, entweder nur eine oder mehr als zwei Reaktionsstufen, zum Beispiel mit entsprechenden Zyklonen einzusetzen. Dies richtet sich nach den von Anlage zu Anlage unterschiedlichen Betriebsparametern.

Andererseits können durch mehr Reaktionsstufen und infolgedessen durch mehrfach wiederholten Kontakt zwischen Abgas und Reaktionsmedium die einzusetzenden Materialmengen an Reaktionsstoffen und somit die Betriebskosten der Anlage vermindert werden.

Zumindest ein Teil des in den Zyklonen 11 und 12 niedergeschlagenen, teilweise bereits mit Chlorverbindungen angereicherten basischen Materials kann im Kreislauf wieder in die Reaktionsstufen 10 a und 10 b rezirkuliert werden und damit zu einen verstärkten Reaktionskreislauf herbeiführen. Der hierdurch angereicherte Kreislauf im Bereich der Reaktionsstufen 10 a beziehungsweise 10 b kann bis an die Grenze der Tragfähigkeit des Abgases mit feinkörnigem, feindispers verteiltem Reaktionsmedium angereichert werden. Die Kreislaufführung kann beispielsweise durch Einstellung der Materialweichen 17, 18 und 19 gesteuert werden.

Zumindest ein Teil des im Entstauber 2 niedergeschlagenen Staubes muß abgeführt und dem System entzogen werden. Auch diese Abzugsmenge kann durch die Materialweiche 37 eingestellt werden. Der abzuführende Anteil vom Staub wird durch die Leitung 4′ nach Sättigung mit Chloranteilen ausgetragen.

Durch bekannte Mittel wie Leitbleche 9 oder eine Venturidüse 8 kann der Stoffaustausch zwischen Gas und Reaktionsstoff intensiviert und damit die Reaktionskinetik positiv beeinflußt werden.

Wie aus der Darstellung und der Beschreibung der erfindungsgemäßen Anlage ersichtlich, ist diese kompakt, unkompliziert und betrieblich ohne Probleme beherrschbar und weist im wesentlichen eine funktionell wirkungsvolle neue Kombination von bekannten und bewährten Einzelelementen auf.

Weil mit der Erfindung die beim Stand der Technik durch Dioxinbildung aufgezeigten Umwelt-Nachteile vermieden werden, erfüllt diese in optimaler Weise die eingangs gestellte Aufgabe. Mit besonderem Vorteil wird durch die Erfindung ermöglicht, vorhandene Anlagen unter Verwertung der meisten ihrer Anlagenteile umzurüsten, so das auch diese dann weiterbetrieben werden können, ohne daß PCDD und PCDF-Emissionen zu befürchten sind.

Claims (31)

1. Verfahren zur Entsorgung von chlorhaltigen Abfällen, insbesondere von Haus- und Kommunalmüll durch Verbrennung und Verwendung von Verbrennungswärme zur Lieferung von Nutzenergie wie Heißdampf beziehungsweise elektrischer oder mechanischer Leistung in einem System, daß eine Brennzone für die Abfälle, eine Wärmeübertragungszone für die Nutzenergieerzeugung sowie eine Gasreinigungszone und fallweise eine Brennlufterwärmungszone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des aus der Wärmeübertragungszone austretenden Abgases auf ein Temperaturniveau oberhalb der Kondensationstemperatur von HCl auf wenigstens 300°C eingestellt, das Abgas bei dieser Temperatur zur Bindung von Chlor in einer Reaktionszone mit einem basischen pulverförmigen Reaktionsstoff feindispers durchsetzt und anschließend Gas und Reaktionsstoff am Ende der Reaktionszone getrennt und das Gas in der Gasreinigungszone reinigend nachbehandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Abgases in der Reaktionszone auf mindestens 350°C, vorzugsweise auf 380°C eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung von Gas und Reaktionsstoff bei einem im wesentlichen gleichem Temperatur-Niveau am Ende der Reaktionszone vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsstoff in den chlorhaltigen Abgasen in der Reaktionszone im Gasstrom in der Schwebe zu einer Suspension vermischt, und dabei Gas und Reaktionsstoff für die Dauer einer vorgesehenen Verweilzeit miteinander in der Suspension geführt und danach getrennt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktionsstoff in der Reaktionszone im überstöchiometrischen Verhältnis zu den zu bindenden Chloranteilen des Abgases im Kreislauf geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsstoff in der Reaktionszone in wenigstens zwei Stufen wiederholt und jeweils unter Turbulenz mit dem Abgas zur Suspension vermischt und danach Gas und Reaktionsstoff getrennt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktion zwischen Abgas und Reaktionsstoff in wenigstens einer Wirbelschicht vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur am Austritt der Wärmetauscherstufe durch Regelung der Wärmeübertragungsleistung oder durch Regelung der Heizleistung beispielsweise mit Hilfe der in die Feuerung aufgegebenen Abfallmenge oder durch Regelung von Menge und/oder Temperatur der Verbrennungsluft auf die in der Reaktionszone vorgesehene Höhe eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung der Feuerung durch wenigstens teilweise Verwendung von Sauerstoff anstelle von Sekundärluft eingestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme der Abgase nach Trennung vom Reaktionsstoff zur Erwärmung von Brennluft für die Brennzone genutzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als pulverförmiger basischer Reaktionsstoff Kalkhydrat, Kalkstein, Dolomit, Kalk oder Zementrohmehl verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der basische Reaktionsstoff vor Einbringung in das System auf eine Mahlfeinheit von zumindest 90% feiner 90 µm und vorzugsweise auf 90% feiner 60 µm aufgemahlen und/oder klassiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Trennung vom Abgas rückgewonnene, mit Schadstoff teilbeladene Reaktionsstoff zum Teil wieder in das System rezirkuliert, und der Rest aus dem System ausgetragen und durch unverbrauchten Reaktionsstoff ersetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeinhalt des ausgetragenen Reaktionsstoffes genutzt wird, um Brennluft oder zumindest einen Teil der Brennluft zu erwärmen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die anteilmäßige Menge des dem Abgas zugeführten Reaktionsstoffes nach Maßgabe der im Abgas enthaltenen Chlorkonzentration vor und nach der Stoffzugabe bestimmt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom innerhalb der Reaktionszone mit einer Kreislaufmenge an Reaktionsstoff befrachtet wird, die an der oberen Grenze der Transportfähigkeit des Gasstromes liegt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsstoff an wenigstens zwei Eingabestellen in das System eingeführt wird, und zwar an einer Stelle der Wärmetauscherstufe oberhalb der Kondensationstemperatur der bei der Verbrennung von chlorhaltigen Stoffen entstehenden Salzsäure (HCl), vorzugsweise bei einer Rauchgastemperatur zwischen 500 und 600°C, sowie an einer Stelle im Temperaturbereich zwischen 300 und 400°C im Bereich des Austrittes der Abgase aus der Wärmetauscherstufe.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas in der Gasreinigungsstufe auf einen Reststaubgehalt von weniger als 50 mg/Nm³, vorzugsweise weniger 30 mg/Nm³ entstaubt und nach Maßgabe restlicher Schadstoffgehalte anschließend zusätzlich einer Gaswäsche unterzogen wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallverbrennung in einem Drehrohrofen durchgeführt wird.

20. Anlage zur Entsorgung von chlorhaltigen Abfällen durch Verbrennung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 19, mit einem Anlagensystem, das einen Verbrennungsofen, eine Einrichtung zur Übertragung von Wärme auf einen Nutzenergieerzeuger zur Dampf- oder Leistungserzeugung, sowie eine Abgasleitung mit Einrichtungen zur Reinigung und insbesondere Entstaubung des Abgases aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Anlagensystem wenigstens eine Reaktionsstufe (10 a beziehungsweise 10 b) ausgebildet ist, welche Mittel (3) zur Zugabe eines pulverförmigen Reaktionsstoffes und zu dessen Mischung mit dem Abgas, Mittel (30) zur Intensivierung des Stoffaustausches und zur Verlängerung der Verweilzeit bei der Reaktion zwischen Abgas und Reaktionsstoff, weiterhin Mittel (2) zum Trennen der Mischung in Gas und Reaktionsstoff nach erfolgter Reaktion, Mittel (4) zum Abführen von schadstoffbeladenem Reaktionsstoff sowie Mittel (5) zur Brennlufterwärmung aufweist.

21. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlagensystem eine Gaswäsche (25, 26, 27) aufweist.

22. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsstufe (10) im Bereich der Abgasleitung (13) zwischen dem Nutzenergieerzeuger (6) und dem Mittel (5) zur Brennlufterwärmung ausgebildet ist.

23. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Abgasleitung (13) als Reaktionsstufe (10) ausgebildet sind.

24. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsstufe (10) Transportmittel (7, 7′, 7′′) zur Rezirkulation von Reaktionsstoff, beispielsweise ein Becherwerk (7′) oder eine pneumatische Fördereinrichtung aufweist.

25. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das System (1) wenigstens zwei in Reihe geschaltete Reaktionsstufen (10, 10′) aufweist.

26. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktionsstufe (10) eine Venturidüse (8) aufweist.

27. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktionsstufe (10) mit Leitblechen (9, 9′) zur wiederholten Durchwirbelung von Abgas und Reaktionsstoff ausgebildet ist.

28. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktionsstufe (10) mit wenigstens einem Zyklon (11 beziehungsweise 12 ) ausgebildet ist.

29. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktionsstufe (10) mit wenigstens einer Wirbelschicht (14) ausgebildet ist.

30. Anlage nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsstufen (10 beziehungsweise 10′) Mittel (13) zum Gasdurchsatz, Mittel (3, 3′) zur Aufgabe von Reaktionsstoff in das Gas, Mittel (30) zur intensiven Mischung von Gas und Reaktionsstoff, Mittel (15, 16) zum Transport der Mischung von Gas und Reaktionsstoff und Mittel (2, 11, 12) zur Trennung von Gas und Reaktionsstoff sowie Mittel (4) zur Ableitung von abgeschiedenem Reaktionsstoff aufweisen.

31. Anlage nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktionsstufe ( 10 beziehungsweise 10′) Mittel (17, 18, 19) zur Stromleitung eines Reaktionsstoffstromes in Teilströme und Mittel (7, 7′, 7′′) zur Rezirkulation eines Teilstromes zum Reaktionsstoff-Aufgabemittel (3, 3′) aufweist.