DE3715648A1

DE3715648A1 - Verfahren und einrichtung zur thermischen verwertung von brikettierten brennbaren fest-stoffen, vornehmlich solchen aus abfaellen, bestehend aus mindestens drei in reihe geschalteten teilanlagen wie brennraeumen und gasreinigungen

Info

Publication number: DE3715648A1
Application number: DE19873715648
Authority: DE
Inventors: Volker Miehe; Adalbert Dr Rabich
Original assignee: THERMO ANLAGEN TECHNIK MIEHE G
Current assignee: THERMO ANLAGEN TECHNIK MIEHE G
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1988-11-24

Description

Der Abfall als brikettierter Brennstoff wird in die Höhe zur Aufgabe (26) gefördert und gelangt so in eine durch Schieber (2 und 3) gebildete Schleuse und wird von dort dosiert auf den Treppenrost (5) zugeteilt. Der Treppenrost besteht im wesentli chen aus Schieberelementen (6), die von einem Schubantrieb (8) horizontal bewegt werden und auf festen Hohlträgern (7) gleiten (31). Die Schieberelemente können z. B. zweiteilig sein (35) und dabei von einer einzigen Schubstange (8) bewegt werden, die wiederum mit einer zweiten Schieberelemente-Gruppe verbunden sein kann (32). Die Hohlträger (7) können seitlich oder auch unten befestigt sein; ihre Breite ist durch die Steifigkeit und die thermische Beanspruchung bestimmt.

Die Schieberelemente laufen in einem Kastenraum (9) unterhalb des Treppenrostes. Sie stehen hinter dem nach oben angrenzenden Hohlträger zurück (27) und werden nach vorn je nach Feinhub (28) vorgeschoben, dabei das Bett (33) fördernd. Das Gefälle des Treppenrostes (34) bzw. die Vorstehlänge des Hohlträgers (35) bestimmen die Dicke des Bettes, gerechnet vertikal zur Neigungs ebene (34), mindestens bis zum Abschub (29) in den Asche- bzw. Schlackeraum (10). Wesentlich für die Luftzufuhr durch den Schlitz (30) infolge der Querausbildung ist, daß einerseits vom Brennstoff nur wenig aus dem Bett-Raum gefördert wird, anderer seits die Stirnseite des Schieberelementes (36), ggf. mit Luft durchlaß-Bohrungen versehen, nicht direkt von der Brennstoff- Auflast verschlossen werden kann, zumal nur geringe spezifische Luft- bzw. Gasmengen zugeführt werden und so unmittelbar vor der Stirnseite - gewissermaßen im gelockerten Teil - sich Entgasungs- oder Brenn-Bereiche ausbilden (37).

Für die Entnahme oder mechanische Ausförderung der Schlacke ist ein Durchlaß (11) am Ende des Modules, bestehend aus Beschickung und Treppenrost (5), vorgesehen. Oberhalb des Brennraumes (13), der über die mindestens zwei Treppenrost-Abschnitte reicht, befindet sich ein geneigtes Gewölbe (38), das einen Gasauslaß (12) aufweist. Hier in der Nähe kann eine Verbrennungs-Teilluft menge zugegeben werden, bevor das Gas im Rohrkanal (14) in einen Vormischer (15) und von da tangential (17) in einen Zyklon (16) gelangt und hier mit Rückströmblase durch die Austrittsblende (18) in den Abzugskanal (19), der wiederum in einen Wärmeübertra ger (20) mündet, kommt.

In den Brennraum (13) und den Zyklon-Brennraum (16) können noch vergasende flüssige Brennstoffe injiziert werden, die sowohl als Zünd- als auch als zur Regelung eingesetzter Stütz-Brennstoff angesehen werden können. Im allgemeinen sind sie für ausreichend gasende Brennstoffe und normalem gleichmäßigem Betrieb nicht notwendig. Als zweiter Brennstoff können sie jedoch ebenfalls verwendet werden, so daß eine kombinierte Fest-Flüssig-Verbrennung gegeben ist. Dies ist vor allem dann angebracht, wenn die Feststoffe nur ein Schwachgas herstellen lassen, daß das Anheben der Temperatur vom Brennraum (13) zu (16) nicht ausreichend sicher erscheinen läßt.

Da Abfälle Schadstoffe enthalten, andererseits Energie gewandelt werden soll, wird sowohl der umsetzbare, vor allem oxidierbare Teil des Brennstoffes ausgebrannt als auch eine hohe Temperatur zum Cracken der chemischen Verbindungen angewendet; dazu wird der Verfahrensablauf durch entsprechende Luftzufuhr an bestimmten Anlageorten temperaturmäßig in mehreren Stufen hochgehend gestal tet und die Vergleichmäßigung der Stoffe in der Strömung, besonders in Hochtemperaturbereich des Zyklons (16) angewendet. Ein gleiches wird im Zyklon-Reaktor (22) mit tangentialer Kalk pulver-Zufuhr (21), allerdings bei niederer Temperatur und feuch tereguliert, erreicht, ehe das Gas über eine Rohrleitung (23) in einen Abscheider (24) und von da in den Reingas-Stutzen (25) gesaugt wird. Die Abscheidung der Feststoffe kann mehrstufig, z. B. in einem Abscheidezyklon und Schlauch- sowie Kassetten- Filter erfolgen, hierbei können auch Anteile von noch nicht ausreagierten Feststoffen in den Reaktor rücktransportiert wer den.

Die Brikettierung zu gleichen Brennstoff-Formstücken, die ein gut durchströmbares Bett erzeugen, sowie eine entsprechende Aufberei tung des Rohgutes sowie eine Konditionierung oder auch Kombinie rung mit anderen Brennstoffen ist als vorbereitende Maßnahme für das geschilderte Verfahren - je nach gewählten Stoffen, erforder lich.

Die Anwendung des Verfahrens macht auch eine genaue Steuerung der Verfahrens-Parameter insbesondere dann notwendig, wenn die Ausre gelung schwankender Kenndaten gering gehalten und ein stationärer Betrieb erreicht werden soll. Hierzu zählt auch das Einhalten geringster Schadstoffwerte und gleicher Wärmeerzeugung, z. B. zur Herstellung von Dampf bei einem Betrieb als Block-Heizkraftwerk.

Stand der Technik

In der Entwicklung von Verbrennungsverfahren für Abfall aus Haushaltungen sind verschiedene Ansätze zu verzeichnen; so bei Schachtöfen, auch als Ent- und Vergaser ausgebildet, bei pyroly tischen Verfahren, meist mit unter Luftabschluß stehenden Dreh trommeln betrieben, als Vorschubroste mit einem in einem "Nachbrennraum" übergehenden Feuerraum und auch als Wirbel schichtverfahren, z. T. mit rezirkulierender Asche gestaltet. Im als neue Entwicklung geschilderten Verfahren wird auf ein weitge hend ruhendes von einem gasförmigen Medium durchströmtes Brenn stoff-Bett und auf eine mindestens zweiteilige - durch eine Rohrleitung verbundene Apparate- oder Modul-Gestaltung - abgeho ben. Hierdurch können jeweils den Erfordernissen an Temperatur und Reaktionsbedingungen entsprechend optimierte Einrichtungen - in aufgelöster und durch Rohrleitungen verkettete Teil-Anlagen - zusammengestellt werden.

Einzelne charakteristische Eigenheiten des Verbrennungsverfahrens sind bekannt, so die Anwendung unterstöchiometrisch betriebener Verschwelzone in Verbindung mit einer überstöchiometrisch betrie benen Verbrennungszone an einem Rost (OS-DE 33 45 867), aller dings ohne der Reaktionsoptimierung Feststoff-Gas und dem völli gen Ausbrand des Gases in gesonderter Weise Rechnung zu tragen. In anderen Ausführungen wird dem Eindüsen von Verbrennungsluft mit baulichen Hilfsmitteln an geeigneter sekundärer Stelle des Gases das besondere Augenmerk gewidmet (OS-DE 30 38 875); hier soll sowohl eine Art turbulente Mischung des Gases als auch durch die Zuführung von (kalter) Luft eine Verbrennungsbeschleunigung herbeigeführt werden. Dabei wird nicht verschwiegen, daß solche geometrische Berandungen auch zu Strömungsschatten und Anbackun gen führen können.

Der Einsatz von bestimmten Reaktor-Gestaltungen, z. B. von solchen der Art von Drallbrennkammern, ist - wenn auch nicht bei Verbrennungsanlagen von Abfall-Feststoffen als nachgeschaltete Einheit - bekannt. So wird in einer Ausführung zu Kohlenstaub als Fest-Brennstoff tangential ein Oxidationsmittel zugeleitet und so eine Art die Mischung erhöhende Rückströmung hervorgerufen (DE-WO 32 37 454). Drallbrennkammern werden auch zur Verbrennung von Gasen und Ölen eingesetzt, wobei die Bauarten unterschiedlich sein können. Im vorliegenden Fall muß sowohl eine Feststoff-Gas- als auch eine Gas-Gas-Reaktion - ohne Stützfeuerung - gelingen, wobei noch Randbedingungen eingehalten werden müssen, um die Schadstoffbildung zu unterdrücken als auch die -minderung zu optimieren. Hierzu bedarf es einer genauen Verfahrensführung in dem Zyklon-Reaktor vorgelagerten Anlage-Teil.

In einigen Müllverbrennungsanlagen wurde (s. Voelund/Bremer Vul kan) das vom Rost abgesaugte, Staub beladene Gas durch zwei oberhalb befindliche Öffnungen einem Wirbelbereich zugeführt und sollte dort "turbulent" und mischend kreisen, wobei auch hier noch Sekundärluft zugedüst werden sollte. In einer anderen Ausbildung (OS-DE 34 34 970) wurde einerseits die Rückstrahlungs quote durch eine durchströmte, Feststoffe abscheidende Decke oberhalb des Rostes erhöht und andererseits ein eigener Nach brennraum zum Gasausbrand benutzt, jedoch zeigte die bauliche gedrängte Bauweise und die dadurch nur unvollkommene funktionelle und bauliche Trennung der einzelnen Verfahrensabschnitte wie Gaserzeugung, mehrstufige Verbrennung sowie die Abscheidung von Feststoffen und die daraus folgenden Anbackungen die Verbesse rungs-Norwendigkeiten, insbesondere in Richtung auf geringe Men gen an Verbrennungsluft und hohe spezifische Energiedichten.

Claims

Verfahren und Einrichtung zur thermischen Verwertung von brikettierten brennbaren Fest-Stoffen, vornehmlich solchen aus Abfällen, bestehend aus mindestens drei in Reihe geschalteten Teilanlagen wie Brennräumen und Gasreinigungen, dadurch gekenn zeichnet, daß
- 1. die Luft mehrstufig in verschiedenen Verfahrensabschnitten so zugeführt wird, daß der Feststoff im anfänglichen Brenn stofft-Bett-Teil durch Unterwind im wesentlichen unter 650°C entgast und im nachfolgenden Brennstoff-Bett-Teil durch erhöhte Zufuhr von Unterwind auf ein Gesamt-Luftverhältnis von ca. 0,8 und damit auf eine Ausbrandtemperatur gerade unter Ascheschmelztemperatur gebracht wird, das entstandene Gas oberhalb des Brennstoff-Bettes durch weitere Luftzufuhr teilverbrannt und in nachfolgenden - baulich vom ersten Brennraum getrennten Raum - durch intensive Luftzumischung auf ein Gesamt-Luftverhältnis von ca. 1,1 und auf eine Temperatur von mindestens 1150°C angehoben wird,
  die Luft durch gleichverteilte Querspalte des Treppenrostes gleichmäßig und durch das homogene, vergleichmäßigte, weit gehend gleichdicke Brennstoff-Bett einer Höhe von maximal 250 mm aus weitgehend gleichen Briketts der Abmessungen von 10 bis 25 mm Querschnittsmaß und einer Länge von 20 bis 50 mm mit niederer Geschwindigkeit strömt,
  das Gas oberhalb des Bettes weitgehend ungemischt bleibt, vor dem nachfolgenden Brennraum und dann im Brennraum selbst intensiv gemischt wird, wobei ausgebranntes Gas von einer Stelle nach dem letzten Abscheiden von Feststoff-Partikeln aus dem Gas mit zugeführt wird,
  die im Ausbrandabschnitt des Brennstoff-Bettes entstehende Wärme zum anfänglichen Bettabschnitt über Strahlungs- Reflektion mit Hilfe einer schrägen Wölbdecke transportiert und hier nur Wärme infolge Kühlens von hochbelasteten hohlen Rostelementen entzogen wird,
  der mit beweglichen, alternierend angeordneten Schiebern versehene Treppenrost den Brennstoff nur kurzhubig unter und bis zu 50 mm Hublänge so gesteuert vorwärtsbewegt, daß in Verbindung mit den festen Rostelementen des Treppenrostes die Bettdicke in den vorgegebenen Toleranzen von etwa 10% bleibt,
  das Brennstoff-Bett gleichmäßig in ein transportierbares und abwurffähigs Schlackebett übergeht,
  die Anlage aus einzelnen Bau-Modulen entsprechend den Ver fahrensabschnitten besteht und die Module des Gasausbrandes und der Gasreinigung in der Art von Drall-Wirbel-Zyklonen eingesetzt sind, wobei der Modul des Gasausbrandes gleich zeitig mitgeführte heiße Feststoff-Partikel abscheidet und mindestens einer der Gasreinigung als Feststoff-Absorp tions-Reaktor eingeblasener konditionierter Kalkpartikel arbeitet,
- 2. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Treppenrost Schieberelemente enthält, die in der hinte ren Grenzstellung mindestens 10 mm hinter dem Vorderende des darüberliegenden Hohlträgers zurückstehen und auf dem be nachbarten Hohlträger nach vorn 30 bis 50 mm gleiten, wobei eine Spielpassung des Schieberelementes zum oberen Hohlträ ger besteht,
- 3. nach 2., dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführung durch die Spielpassung und/oder durch Bohrungen der nach unten offenen Schieberelemente im Vorder teil erfolgt,
- 4. nach 2. und 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberelemente zu einem Drei-Trägerelemente kastenför mig zusammengefaßt sind und an die benachbarten oberen und unteren nicht beweglichen Hohlträger anschließen, wobei sie querliegende Schlitze bilden,
- 5. nach 2. bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführung zum Elemente-Kasten der Schieberelemente durch die Schubstange des Antriebes erfolgt,
- 6. nach 2. bis 5., dadurch gekennzeichnet, daß Rostbreite in zwei symmetrische Hälften unterteilt ist,
- 7. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß abschnittsweise - über mehrere Stufen hinweg - ein fester Hohlträger so weit nach vorn ausgebildet ist, daß er gemäß dem sich einstellenden Schütt- bzw. Gleitwinkel des auf dem Rost aufliegenden Materials durch Speicherbildung die Abnahme der aufliegenden Materialdicke durch Entgasung bzw. Abbrand weitgehend ausgleicht,
- 8. nach 7., dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium der festen Hohlträger ein Wärmeträgeröl ist, dessen Verdampfungstemperatur höher als die von Wasser bei Athmosphärendruck und der sich im Betrieb einstellenden Temperatur ist,
- 9. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Vorschubes der einzelnen Schieberelemente oder -gruppen in Hubhöhe und Takt bzw. Geschwindigkeit die Materialdicke entsprechend der -abnahme annähernd gleich hält,
- 10. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Luft zum anfänglichen Brennstoff-Bett-Abschnitt vorge wärmt ist,
- 11. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß vor der tangentialen Zufuhr des Brenngases in den ersten Zyklon ein Gas-Luft-Misch-Apparat mit zentraler Luftinjek tion angebracht ist,
- 12. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß das Kalkhydrat-Pulver in den Strömungs-Umkehrbereich des Zyklon-Reaktors injiziert wird,
- 13. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen durch Wärmezufuhr aus dem Brennstoff auf dem Rost getriebene Gas und das von der Ausbrandzone des Brennstoff-Bettes stammende Gas durch getrennte obere Öffnungen abgezogen wird,
- 14. nach 12., dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Öffnung für das Gas aus Flüchtigen oberhalb des zugeordneten Brennstoff-Bett-Abschnittes angeordnet ist,
- 15. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Module des erten mit dem zweiten Brennraum durch einen wärmeisolierten Rohrkanal verbunden sind,
- 16. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Drall-Wirbel-Zyklon einen Brennraum enthält, der im Längen-Durchmesser-Verhältnis unterhalb bzw. in der Nähe von 1 liegt und eine Austrittsblende im Durchmesserverhältnis von 1,5 bis 2 aufweist,
- 17. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhrmenge oberhalb des Brennstoff-Bettes in Abhän gigkeit von der sich bildenden Stickstoffoxidmenge und von der Zündfähigkeit bzw. dem Energieinhalt des Schwachgases in dem zweiten Brennraum geregelt wird,
- 18. nach 2., dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Treppenrostes dem Schütt- bzw. Gleit- oder Rostwinkel des Brennstoffes und seiner brikettierten Form sowie seinen Abmessungen zugeordnet ist,
- 19. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff über eine Schleuse unter Luftabschluß quasi- oder kontinuierlich dem Rost zugeteilt wird,
- 20. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in zylindrischer Form gepreßt ist und einen Wassergehalt von weniger als 10% enthält,
- 21. nach 1. und 20., dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff insgesamt nur einen Bruch oder losen Anteil von weniger als 5% beim Beschicken des Rostes aufweist,
- 22. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die wärmestrahlende Wölbdecke eine annähernd gleiche Neigung wie der Treppenrost hat,
- 23. nach 1. und 22., dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbdecke mindestens in einem Abschnitt durchströmbar ausgebildet ist,
- 24. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklone mit vertikaler Achse aufgestellt sind und nach jeder Strömungsumlenkung eine Öffnung zur Reinigung angebracht ist,
- 25. nach 1. und 24., dadurch gekennzeichnet, daß neben den Zyklonen auch der Wärmeübertrager, der Gas auf eine Temperatur von etwa 130 bis 150° abkühlt, zylindrische Bauart aufweist und mit vertikaler Achse aufgestellt ist,
- 26. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß für die Gasreinigung die Modul-Anordnung mehrstufig ausgeführt ist, wobei nach dem Absorptions-Reaktor ein Schlauchfilter geschaltet ist,
- 27. nach 1. und 26., dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Schlauchfilter noch ein Schwebstoff-Filter angeordnet ist,
- 28. nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr durch den Unterwind in mehreren Zonen des Brennstoff-Bettes - in der Menge abgestuft - erfolgt,
- 29. nach 1. und 15., dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkanal innen ausgemauert ist,
- 30. nach 1. und 11., dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon innen ausgemauert ist.