DE3815187A1 - Temperaturgeregelte anlage zur thermischen abfallentsorgung - Google Patents
Temperaturgeregelte anlage zur thermischen abfallentsorgungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur thermischen
Abfallentsorgung
- a) mit einem Pyrolysereaktor, der aufgegebenen Abfall in Schwelgas und Pyrolysereststoff umsetzt,
- b) mit einer Brennkammer, der das Schwelgas und der Pyrolyse reststoff nach geeigneter Aufbereitung zugeführt sind,
- c) mit einem Wärmetauscher, der in die Wand der Brennkammer integriert ist, und
- d) mit einem Heizkreislauf für ein Heizgas, wie z.B. Luft, für den Pyrolysereaktor, der vom Pyrolysereaktor über den Wärmetau scher zurück zum Pyrolysereaktor führt.
Eine solche Anlage zur thermischen Abfallentsorgung ist in der
älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
P 38 04 853.1 beschrieben. Bei der dort vorgeschlagenen Anlage
ist ein Wärmetauscher in die Nachbrennkammer integriert, bei
dem das dort erwärmte Heizgas zum Heizen der Schwelvorrichtung
(Pyrolysereaktor) ausgenutzt wird.
Es wird im vorliegenden bevorzugt eine Anlage betrachtet, aus
deren Brennkammer (oder Nachbrennkammer) eine schmelzflüssige
Schlacke abgezogen werden kann, die bei Abkühlung zu einer
glasartigen, leicht deponierbaren Substanz erstarrt.
Es hat sich gezeigt, daß im Betrieb beim Eintritt des Schwel
gases und des Pyrolysereststoffes in die Brennkammer keine
konstanten Verhältnisse herrschen. In Abhängigkeit von der
Zusammensetzung des dem Pyrolysereaktor zugeführten Abfalls
schwankt die Schwelgas-Feuchte und damit der Heizwert des
Schwelgases, aber auch der des Pyrolysereststoffes. Das
bedeutet, daß das Energieangebot in der Brennkammer Schwan
kungen unterworfen ist. Gleichzeitig variiert der Energiebedarf
im Pyrolysereaktor. Mit anderen Worten, das Wärmeangebot in der
Brennkammer und der Energiebedarf im Pyrolysereaktor sind von
Art und Beschaffenheit des Abfalls abhängig. Liegt beispiels
weise ein heizwertreicher Abfall mit geringer Feuchte vor, so
steigt das Energieangebot in der Brennkammer, und im Pyrolyse
reaktor sinkt der Energiebedarf, der zum Verschwelen des Ab
falls benötigt wird. Liegt andererseits ein heizwertarmer und
feuchter Abfall vor, so sinkt das Energieangebot in der Brenn
kammer, und der Energiebedarf im Pyrolysereaktor steigt an.
Die Erfindung basiert auf der praktischen Erfahrung, daß weit
gehend konstante Betriebsparameter in dem Pyrolysereaktor und
in der Brennkammer eingestellt oder gehalten werden sollten. Im
einen Extremfall kann ein schwankendes Abfall-Heizwert-Angebot
zu einer Überhitzung der Wärmetauscher-Wand und im anderen
Extremfall zur Bildung eines "eingefrorenen" Niederschlags der
schmelzflüssigen Schlacke an der Wärmetauscher-Wand führen.
Die Wärmetauscher-Wand sollte also nach Möglichkeit abfallun
abhängig stets etwa gleiche Temperaturverhältnisse aufweisen;
zumindest sollte die Verbrennung dort bei Temperaturen in einem
vorgegebenen Temperaturbereich vonstatten gehen.
Man sollte auch bestrebt sein, unabhängig von der Zusammensetzung
des Abfalls konstante Temperaturbedingungen sowohl am Heizgas-
Eintritt als auch am Heizgas-Austritt des Pyrolysereaktors zu
schaffen. Diese Randbedingung sollte ebenfalls bei einem optima
len Betrieb einer Anlage zur thermischen Abfallentsorgung ein
gehalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage zur
thermischen Abfallentsorgung der eingangs genannten Art dafür
Sorge zu tragen, daß sowohl eine Überhitzung der Wärmetauscher-
Wand im Falle eines heizwertreichen, trockenen Abfalls ver
mieden als auch ein Erstarren der schmelzflüssigen Schlacke
an der Wärmetauscher-Wand im Falle eines heizwertarmen, feuch
ten Abfalls verhindert wird. Unabhängig von der Abfall-
Zusammensetzung im Pyrolysereaktor soll die benötigte Schwel
energie bereitgestellt werden, und zwar bei konstanter Heizgas-
Eintritts- und Austrittstemperatur.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den
Heizkreislauf ein Zusatz-Wärmetauscher eingeschlossen ist, der
überschüssige Wärmeenergie aus dem Heizkreislauf abführt.
Hierbei kann der Zusatz-Wärmetauscher als eine Art elastisches
(thermisches) Bindeglied oder als Puffer zwischen dem Energie-
Erzeuger Brennkammer und dem Energie-Verbraucher Pyrolyse
reaktor betrachtet werden.
Die vom Zusatz-Wärmetauscher abgegebene Wärmeenergie
kann als Nutzenergie einem Verbraucher zugeführt werden. Bei
spielsweise kann damit Wasserdampf erzeugt oder eine Wasser
vorwärmung vorgenommen werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich durch einen
Temperatur-Regelkreis aus, der in Abhängigkeit von der Rauch
gastemperatur in der Brennkammer und dem Energiebedarf in dem
Pyrolysereaktor die Abfuhr der Wärmeenergie aus dem Heizkreis
lauf regelt.
Durch die Anwendung des Zusatz-Wärmetauschers ist - wie
bereits erwähnt - eine flexible und geregelte, d.h. thermo
dynamisch elastische Verbindung zwischen dem Energie-Lieferan
ten Brennkammer und dem Energie-Verbraucher Pyrolysereaktor
geschaffen. Dabei ist darauf geachtet, daß die Brennkammer im
Bereich der vorgeschriebenen Betriebstemperaturen gefahren
wird. Dasselbe gilt für den Pyrolysereaktor, dessen Heizgas-
Eintrittstemperatur und dessen Heizgas-Austrittstemperatur auf
vorgegebenen optimalen Werten gehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand
einer Figur näher erläutert.
Nach der Figur wird Abfall 2 über eine (nicht gezeigte)
Eintrags-Schnecke einem Pyrolysereaktor 4 zugeführt. Dieser
Pyrolysereaktor 4 ist im vorliegenden Fall bevorzugt als Pyro
lyse-Trommel ausgebildet. Mit einer endseitig angeschlossenen
Austragsvorrichtung 6 wird einerseits ein Schwelgas g und
andererseits ein Pyrolysereststoff r aus dem Pyrolysereaktor 4
ausgetragen. Der Reststoff r wird nach geeigneter Behandlung,
beispielsweise Abtrennung gewisser Komponenten und Zermahlen,
was nicht näher dargestellt ist, ebenso wie das Schwelgas g
einer Haupt-Brennkammer 8 zugeführt. Hier findet eine Ver
brennung statt, wobei eine Temperatur von 1200°C und mehr und
eine Verweilzeit der Gase von 1 bis 5 sec erreicht werden. Am
Ende der Haupt-Brennkammer 8 ist eine Nachbrennkammer 8 a ange
ordnet. Beide Kammern 8, 8 a, die gemeinsam eine einzige Brenn
kammer darstellen können, die z. B. U-förmig gekrümmt ist, sind
mit einem Abzug 10 zum Austragen schmelzflüssiger Schlacke ver
sehen, welche beim Abkühlen glasartig erstarrt. Am eingangssei
tigen Teil weist die Nachbrennkammer 8 a einen hier zylindri
schen Wärmetauscher 12 auf, der in ihre Wand integriert ist.
Die von der Nachbrennkammer 8 a abgegebenen Rauchgase werden in
einem Abhitze-Kessel 14 auf die Eintrittstemperatur einer nach
geschalteten Rauchgas-Reinigungsanlage 16 abgekühlt. Die fühl
bare Wärme des Rauchgases wird im Abhitze-Kessel 14 beispiels
weise in Dampf umgesetzt, der als Prozeßdampf oder zur Energie
versorgung über ein Kraftwerk genutzt wird. Das gereinigte
Rauchgas wird über einen Kamin 18 an die Umgebung abgegeben.
Der Wärmetauscher 12 könnte auch in die Wand der Haupt-Brenn
kammer 8 integriert sein.
Es ist zur Beheizung des Pyrolysereaktors 4 und damit zur
Bereitstellung der Schwelwärme ein geschlossener Heizgas-
Kreislauf vorgesehen. Dieser führt vom Wärmetauscher 12 über
eine Leitung 20, einen Zusatz-Wärmetauscher 22 und eine Leitung
24 in das Heizgas-Eintrittsgehäuse 4 E des Pyrolysereaktors 4.
Von dessen Heizgas-Austrittsgehäuse 4 A führt er über ein Ge
bläse 28, eine Leitung 26, gegebenenfalls ein Grundeinstellungs
ventil 27 und eine Leitung 29 in den Wärmetauscher 12 zurück.
In diesem Kreislauf 20-29 wird ein Heizgas h, z.B. Luft, ge
fördert. Dieses hat eine Temperatur von beispielsweise 750°C;
die Temperatur schwankt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
und Feuchte des Abfalls.
Zwischen der Leitung 26 und der Leitung 24 ist ein Bypass 30
angeordnet, der ein steuerbares Ventil 32 enthält. Dieses
Ventil 32 ist Bestandteil eines ersten Temperatur-Regelkreises,
der die Eintrittstemperatur T E des Heizgases h beim Eintritt in
den Pyrolysereaktor 4 auf einen vorgegebenen, insbesondere
konstanten Sollwert T E* regelt. Hierzu ist ein Regler 34
vorgesehen, dem von einem Temperaturmeßfühler 36 der Istwert
der Eintrittstemperatur T E im Eintrittsgehäuse 4 E und von
einem (nicht gezeigten) Sollwertgeber der Temperatur-Sollwert
T E* vorgegeben wird. In diesem Regelkreis wird die Eintritts-
Temperatur T E beispielsweise auf einen konstanten Wert von T E =
650°C geregelt. Die Temperaturregelung erfolgt dabei durch
mehr oder minder starkes Zumischen von abgekühltem Heizgas h
der Temperatur T A , z.B. mit T A =250°C, aus dem Heizgas-Aus
trittsgehäuse 4 A des Pyrolysereaktors 4 über das Ventil 32 und
die Leitung 30.
Es hat sich gezeigt, daß bei Pyrolysetrommeln 4 eine Eintritts
temperatur T E von etwa 650°C für eine durchschnittliche
Verschwelungstemperatur von 450 bis 500°C ausreicht. Bei
dieser Verschwelungstemperatur können kostengünstige Materia
lien im Reaktor 4 verwendet werden. T E und T A kennzeichnen den
Energiebedarf des Pyrolysereaktors 4.
Die Ausgangstemperatur T A des Heizgases h am Austritt des
Pyrolysereaktors 4 soll einen vorgegebenen Wert, beispielsweise
T A =250°C, nicht unterschreiten. Um dieses zu gewährleisten,
ist ein zweiter Regelkreis vorgesehen. Zu diesem Regelkreis
gehört ein Temperaturfühler 38, der im Heizgas-Austrittsgehäuse
4 A die Ausgangstemperatur T A erfaßt. Dieser Temperatur-Istwert
T A wird auf einen Regler 40 gegeben, dem von einem (nicht
gezeigten) Sollwert-Geber ein vorgegebener, insbesondere kon
stanter Temperatur-Sollwert T A vorgegeben wird. Der Regler 40
ist ausgangsseitig mit dem Stellorgan 42 eines Regelventils 44
verbunden. Dieses Regelventil 44 sitzt im Sekundärkreislauf 45
des Zusatz-Wärmetauschers 22. Es dient dazu, den Strom im Se
kundärkreislauf 45 und damit die aus dem Heizkreislauf 20-28
abgeführte Wärmeenergie zu steuern. Der Zusatz-Wärmetauscher 22
ist somit regelbar.
Schließlich ist auch ein dritter Temperatur-Regelkreis vorge
sehen. Auf das Stellorgan 42 ist nämlich zusätzlich der Ausgang
eines weiteren Reglers 46 aufgeschaltet. Dieser Regler 46 ist
ebenfalls ein Temperatur-Regler. Er ist über einen Temperatur-
Sensor 48 mit dem Istwert T K des Rauchgases in der Nachbrenn
kammer 8 a beaufschlagt. Ihm ist weiterhin von einem (nicht
gezeigten) Sollwertgeber ein Sollwert T K vorgegeben, der ins
besondere einen konstanten Wert besitzt.
Die vom Zusatz-Wärmetauscher 22 abgegebene Energie, symboli
siert durch einen Pfeil 50, wird einem (nicht gezeigten)
Verbraucher als Nutzenergie zugeführt. Beispielsweise kann
damit Wasserdampf erzeugt werden. Die Energie 50 kann auch zur
Wasservorwärmung dienen.
Mit Hilfe des Zusatz-Wärmetauschers 22 wird die Temperatur T K
in der Nachbrennkammer 8 a und damit auch die Wandtemperatur des
Wärmetauschers 12 durch Abzug überschüssiger Energie auf opti
male Verhältnisse geregelt. Dies soll im folgenden näher aus
geführt werden.
Der Regler 46 steuert das Stellorgan 42 dergestalt, daß bei
plötzlich erhöhtem Energieangebot in der Nachbrennkammer
8 a, d.h. bei erhöhter Temperatur T K , das Regelventil 44
aufgemacht wird. Damit wird über den Zusatz-Wärmetauscher 22
relativ viel Energie aus dem Heizgas-Kreislauf 20-29 entnommen.
Dies hat zur Folge, daß die Temperatur T e am Ausgang des
Zusatz-Wärmetauschers 22 sinkt. Damit sinkt auch die Temperatur
T E am Eingang des Heizgas-Eintrittsgehäuses 4 E des Pyrolyse
reaktors 4. Der Regler 34 versucht, die Temperatur T E beizube
halten. Infolge der Funktion des Reglers 34 wird also das
Ventil 32 etwas geschlossen, so daß weniger (relativ kühles)
Heizgas h der Temperatur T A über die Bypass-Leitung 30 in den
Heizgas-Vorlauf (Leitung 24) beigemischt wird. Damit wird die
vorgegebene Temperatur T E von beispielsweise 650°C wieder
erreicht. Damit strömt weniger Heizgas h von der Leitung 24
durch den Pyrolysereaktor 4 in dessen Heizgas-Austrittsgehäuse
4 A.
Es stellen sich so bei erhöhtem Energieangebot durch den Abfall
nach einiger Zeit wegen erhöhter Wärmeabfuhr durch den Zusatz-
Wärmetauscher 22 wieder stabile Verhältnisse ein.
Sinkt nun z.B. die Temperatur T A im Heizgas-Austrittsgehäuse 4 A
unter den vorgegebenen Sollwert T A , so tritt der Regler 40 in
Funktion. Sein Ausgangssignal führt dazu, daß über das Stell
organ 42 das Regelventil 44 etwas geschlossen wird. Damit wird
aus dem Zusatz-Wärmetauscher 22 weniger Energie abgeführt, so
daß mehr Heizgas-Energie über die Leitung 24 dem Pyrolyse
reaktor 4 zugeführt wird. Die Temperatur T e steigt an, und
durch Zumischen von Heizgas h über den Bypass 30 wird die Ein
trittstemperatur T E wieder abgesenkt auf z.B. 650°C. Die die
Kammern 4 E und 4 A durchfließende Heizgasmenge steigt an. Damit
steigt auch die Austritts-Temperatur T A wieder, so daß sich
auch in diesem Fall stabile Verhältnisse einstellen.
Die funktionell voneinander abhängigen Regelkreise sorgen also
dafür, daß der Pyrolysereaktor 4 über das Heizgas h ein dem
aktuellen Bedarf entsprechendes Wärmeenergie-Angebot erhält,
während die Temperaturbedingungen in der Nachbrennkammer 8 a
konstant gehalten werden. Damit können Verschleiß und Korrosion
in der Brennkammer 8 auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
Claims (8)
1. Anlage zur thermischen Abfallentsorgung
- a) mit einem Pyrolysereaktor (4), der aufgegebenen Abfall (2) in Schwelgas (g) und Pyrolysereststoff (r) umsetzt,
- b) mit einer Brennkammer (8, 8 a), der das Schwelgas (g) und der Pyrolysereststoff (r) nach geeigneter Aufbereitung zugeführt sind,
- c) mit einem Wärmetauscher (12), der in die Wand der Brennkammer (8, 8 a) integriert ist,
- d) mit einem Heizkreislauf (20, 24, 26, 28, 29) für ein Heizgas (h), z.B. Luft, für den Pyrolysereaktor (4), der vom Pyrolyse reaktor (4) über den Wärmetauscher (12) zurück zum Pyrolysereak tor (4) führt,
dadurch gekennzeichnet, daß in den
Heizkreislauf (20, 24, 26, 28, 29) ein Zusatz-Wärmetauscher
(22) eingeschlossen ist, der überschüssige Wärmeenergie aus dem
Heizkreislauf (20, 24, 26, 28, 29) abführt.
2. Anlage nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch einen dem Zusatz-Wärmetauscher
(22) zugeordneten Rauchgas-Temperatur-Regelkreis (46), der in
Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur (T K ) in der Brennkammer (8)
die Abfuhr der Wärmeenergie (50) aus dem Heizkreislauf (20, 24,
26, 28, 29) regelt.
3. Anlage nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet
durch einen dem Zusatz-Wärmetauscher (22) zugeordneten Pyrolyse-
Energie-Regelkreis (34, 40, 42, 44), der in Abhängigkeit von
dem Energiebedarf (T E , T A ) im Pyrolysereaktor (4) die Abfuhr
der Wärmeenergie (50) aus dem Heizkreislauf (20-29) regelt.
4. Anlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß dem
Pyrolysereaktor (4) ein erster Temperaturregler (34) zugeordnet
ist, der die Eintrittstemperatur (T E ) in dem Pyrolysereaktor (4)
durch Veränderung der über einen Bypass (30) fließenden Menge
des Heizgases (h) auf einem vorgegebenen Sollwert (T E ) fest
hält, und daß dem Pyrolysereaktor (4) ein zweiter Temperatur
regler (40) zugeordnet ist, der bei Variation der Energieabfuhr
(50) aus dem Zusatz-Wärmetauscher (22) die Ausgangstemperatur
(T A ) am heizgasseitigen Ausgang des Pyrolysereaktors (4) auf
einem vorgegebenen Wert (T A ) festhält.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Zu
satz-Wärmetauscher (22) ein dritter Temperaturregler (46) zu
geordnet ist, der die Rauchgastemperatur (T K ) in der Brenn
kammer (8) durch Verändern der über den Zusatz-Wärmetauscher
(22) abfließenden Wärmemenge (50) auf einem vorgegebenen Soll
wert (T K ) festhält.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Steuerung der überschüssigen Wärmeenergie ein Regelventil (44)
vorgesehen ist, das im Sekundärkreis (45) des Zusatz-Wärme
tauschers (44) angeordnet ist.
7. Anlage nach Anspruch 4, 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß dem
Einstellorgan (42) des Regelventils (44) sowohl das Ausgangs
signal des zweiten Reglers (40) als auch das Ausgangssignal des
dritten Reglers (46) aufgeschaltet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883815187 DE3815187A1 (de) | 1988-05-04 | 1988-05-04 | Temperaturgeregelte anlage zur thermischen abfallentsorgung |
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Family
ID=6353616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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