DE3941636C2

DE3941636C2 - Mehrstufige Verbrennungsanlage zur thermischen Verwertung von Produktionsrückständen

Info

Publication number: DE3941636C2
Application number: DE19893941636
Authority: DE
Inventors: Karl Schmid
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1988-12-17
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2009-12-19
Also published as: DE3941636A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Verbrennungsanlage zur thermischen Verwertung von Produktionsrückständen der unterschiedlichsten Art, wie z. B. jegliche Kunststoffe, Altreifen, Holz- und Kartonagenmaterialien oder auch Lack- und Klärschlämme.

Bekannt ist eine derartige mehrstufige Verbrennungs anlage aus der AT 382 227, wobei hier ein als Wärme tauscher ausgebildeter, zylindrischer Hohlkörper in einem Wirbelschichtofen angeordnet ist und boden seitig darum herum Düsen mit unterschiedlich inten siver Heißgasbeaufschlagung so gruppiert sind, daß sich eine gerichtete, kreisende Strömung des Sandbettes einstellen soll.

Diese Anlage ist nicht nur baulich, sondern auch medienseitig steuerungstechnisch extrem aufwendig und damit teuer. Hinzu kommt noch, daß diese Anlage mit dem vertikal gerichteten, allseits offenen, zylindrischen Einbauelement keine gerichtete Strömung bzw. Zirkulation des Sandbettes im erforderlichen Sinne bewirkt.

Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, günstigere Emissionswerte als bei bislang üblichen Verbrennungsanlagen zu erreichen und somit auch gegenüber herkömmlichen Müllverbrennungs- bzw. Pyrolyse-Anlagen mit vereinfachten Genehmigungsverfahren bei der Erlangung der Betriebserlaubnis auszukommen. Weitere Teilaufgaben sind dabei die Erzielung einer höheren Wirtschaftlichkeit bei kleinstmöglicher Anlagebauweise und somit die Möglich keit der wenig Platz beanspruchenden Aufstellung als dezentrale Anlage bei entsprechenden Industriebetrieben, zur Verringerung von deren Entsorgungskosten.

Gelöst werden diese Teilaufgaben im wesentlichen durch eine Anlagebauart gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patent anspruches 1 und in vorteilhafter Weise durch deren Betriebs weise, wie sie aus den Alternativen der schematischen Darstel lungen in Fig. 1 und 2 ersichtlich und im folgenden anhand dieser Skizze näher beschrieben sind.

Die erfindungsgemäße Anlage besitzt gemäß Fig. 1 zunächst einmal eine Einrichtung zum Zerkleinern des Materials (9) in eine Schnitzelgröße von ca. 30-50 mm. Bei der Art der Zerkleinerung wird eine energiesparende Methode, z. B. mittels Walzenschneidwerken bevorzugt. Sie muß jedoch in Abhängigkeit des vorwiegend anfallenden Materials jeweils individuell ausgewählt werden.

Das zerkleinerte Material wird dann in einem Bunker bzw. Silo (10) gespeichert und-gelangt von dort, z. B. mittels Schubbodentransport und Transportband (11), zu einer Be schichtungseinrichtung (12), die dem Wirbelschichtreaktor unmittelbar vorgeschaltet ist.

Die thermische Umsetzung des Materials erfolgt hierbei in einer Wirbelschicht, wobei als Wirbelmedium feinkörniger Sand dient, der mit einem sauerstoffarmen Heißgas aufge wirbelt wird. Da durch das sauerstoffarme Heißgas in der Wirbelschicht nur eine unterstöchiometrische Verbrennung stattfindet, wird dort insbesondere die Schlackebildung vermieden.

Der Wirbelschichtreaktor besteht aus zwei parallelen Kammern 1 und 2, die durch Einbau einer vertikalen, im Bereich des Wirbelbodens (W) und an ihrem oberen Ende unterbrochenen, mittigen Trennwand (T) im Reaktorschacht gebildet sind und weist oberhalb dieser Trennwand (T) ein in Richtung zu einer der Kammern (1, 2) weisendes, mit Abstand angeordnetes Umlenkblech (B) auf. Das Wirbelgas (Heißgas) muß eine Temperatur von 500 bis 700°C haben und einen O₂-Gehalt von 5 bis 10%. Es wird entweder erzeugt durch eine Auf heizung von Rauchgasen durch Mischung mit Verbrennungsgasen eines Zusatzbrennstoffes, z. B. Erdgas oder Öl - siehe hier Fig. 2 - , oder aber durch Abgase eines Verbrennungsmotors M bzw. einer Gas turbine, wodurch mit dem Zusatzbrennstoff noch Strom erzeugt werden kann - siehe hier Fig. 1 -.

Ein besonderer Vorteil der letztgenannten Lösung: Obwohl eine größere Menge an Zusatzbrennstoff erforderlich ist, ergibt sich eine höhere Wirtschaftlichkeit, da ein Rauchgasverdichter (V) entfällt (weniger Stromverbrauch) und zusätzlich Strom erzeugt werden kann. Der O₂-Gehalt kann zudem unabhängig vom O₂-Gehalt des Rauchgases gefahren werden, bei entsprechender Einstellung des Motors.

Zweck der Unterteilung der Wirbelschichtkammer ist, daß das Material in die Kammer 1 aufgegeben und bei verringer tem O₂-Gehalt thermisch zersetzt und ein Teil verbrannt wird. Entsprechend der Feuchtigkeit des Materials wird durch den O₂-Gehalt die Verbrennung so gesteuert, daß die Temperatur in der Wirbelschicht nicht unter 500 bis 550°C absinkt. Bei der thermischen Zersetzung (Pyrolyse) entsteht als Rückstand Kohle in Form von Ruß und Staub und anorganisches Material in Form von Grobteilen, z. B. Metallbestandteile und inerter Staub.

Die Wirbelschichtkammern werden nun so gefahren, daß die Kammer (1) geringer mit Wirbelgas beaufschlagt wird als Kammer (2). Kammer (2) wird als zirkulierende Wirbelschicht gefahren derart, daß der Sand in die Kammer (1) zurück fällt. Dadurch wird eine Zirkulation des Sandes von Kammer (1) nach Kammer (2) erreicht. Der Kohleanteil in Kammer (1) wird dort mit Sand in die Kammer (2) übergeführt und dort unterstöchiometrisch verbrannt.

Durch Zugabe von Luft in das Wirbelgas der Kammer (2) kann der eventuell zusätzlich zur Verbrennung erforder liche O₂ gedeckt werden. Die O₂-Steuerung erfolgt eben falls in der Weise, daß die Temperatur in der Wirbelschicht nicht über 600 bis 800°C ansteigt.

Die vom Ausgangsmaterial zurückbleibenden Grobteile werden in der Weise abgeschieden, daß Sand aus der Wirbelschicht abgelassen und über eine Siebeinrichtung geführt wird. Die Grobteile werden über eine Doppelklappe ausgeschleust und der gesiebte Sand mittels einer Fördereinrichtung U auf das Wirbelbett von Kammer 1 oder 2 wieder zurückgeführt.

Die Materialbeschickung des Wirbelschichtreaktors erfolgt entweder mittels einer Stopfschnecke kontinuierlich, oder aber mittels eines Doppelkolbensystems, wobei z. B. hydrau lisch betätigte Schubkolben das Material jeweils im Wechsel, also quasi kontinuierlich, in die Kammer schieben.

Durch die Materialverdichtung vor Eintritt in die Wirbel schicht wird dabei ein einigermaßen guter Gasabschluß erzielt.

Das im Wirbelschicht-Reaktor 3 entstandene Schwel- und Rauchgas wird in eine nachgeordnete Brennkammer 4 geführt und durch Mischung und Verbrennungsluft bei einer Tempe ratur von 900 bis 1200°C vollständig verbrannt. Die Ver weilzeit ist so ausgelegt, daß mitgeführter Kohlenstaub ebenfalls vollständig verbrannt wird. Um die Zündung zu gewährleisten, ist ein mit Zusatzbrennstoff, z. B. Erdgas, beheizter Brenner 6 ständig in Betrieb, der auch zum Auf heizen benötigt wird. Die Verbrennungsluftmenge wird über den O₂-Gehalt des Rauchgases geregelt.

Die Brennkammer 4 selbst ist so gestaltet, daß mit dem Zusatzbrenner 6 die Außenwand heiß gehalten wird. Durch eine vertikale Anordnung der Brennkammer 4 kann durch die untere Umlenkung 5 am Ende ein Vorabscheideeffekt für nicht brauchbaren Großstaub erzielt werden. Bei ent sprechender Beheizung des Bodens der Umlenkkammer 5 kann der Staub zu Schlacke (F) verflüssig werden.

Die heißen Rauchgase durchströmen anschließend ein Wärme tauschsystem 7, in dem Wärme zur Verwertung rückgewonnen wird, und zwar in Form von Heißwasser, Dampf oder Heißöl (Thermalöl). Die Verwertung erfolgt entsprechend als Heiz energie zur Erzeugung von Strom etc.

Zur baulichen Ausführung können dabei im Wärmetauscher 7 mehrere Rohrbündel über- oder hintereinander Verwendung finden mit der Möglichkeit, Staubablagerungen zusätzlich mit einer Blaseinrichtung zu entfernen.

Das Gas aus der Wirbelschicht ist mit einem hohen Staub anteil behaftet, von dem in der Nachbrennkammer 4 nur der organische Kohlestaubanteil und eventuell sonstige Grobanteile entfernt werden. Der Reststaub muß in einem Rauchgasfilter 8 abgeschieden werden, um vor allem den Anforderungen der TA-Luft gerecht zu werden.

Die Filterelemente werden in regelmäßigen Intervallen automatisch gereinigt, so daß ein kontinuierlicher Staub austrag erfolgt.

Der zuvor beschriebene Anlagenaufbau samt seiner Betriebs weise gewährleistet die Erfüllung der durch die eingangs gestellte Aufgabe vorgegebenen Forderungen.

Bezugsziffernverzeichnis

1 Wirbelkammer
2 Wirbelkammer
3 Reaktor
4 Nachbrennkammer
5 Umlenkkammer
6 Zusatzbrenner
7 Wärmetauscher
8 Rauchgasfilter
9 Zerkleinerungsvorrichtung
10 Zwischenlagerung
11 Förderband
12 Beschickung
A Grobteileabscheider
B Umlenkblech
F Flüssigschlacke
V Rauchgasverdichter
T Trennwand
U Sand-Zirkulationsleitung
W Wirbelboden
G Generator
M Verbrennungsmotor

Claims

1. Mehrstufige Verbrennungsanlage zur thermischen Verwertung von Produktionsrückständen der unter schiedlichsten Art, wie z. B. Kunststoffe, Alt reifen, Holz- und Kartonagenmaterialien oder auch Lack- sowie Klärschlämme, in einem Wirbel schichtreaktor, in dessen Schacht oberhalb eines Wirbelbodens und um eine vertikal sich erstreckende Trenneinrichtung herum, feinkörniger, mit sauerstoffarmem Heißgas vermischter Sand als Wirbelmedium zirkuliert, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a. das Innere des Schachtes (3) des Wirbelschicht reaktors ist durch eine vertikale, im Bereich des Wirbelbodens (W) und an ihrem oberen Ende offene, unterbrochene, mittige Trennwand (T) in zwei gleich große, parallel zueinander liegende Kammern (1 und 2) unterteilt.
b. Oberhalb der unterbrochenen, mittigen Trenn wand (T) ist mit Abstand ein in Richtung zu einer der Kammern weisendes Umlenkblech (B) angeordnet.

2. Mehrstufige Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erzeugung des Wirbelgases durch Verwendung der Abgase eines Verbrennungsmotors bzw. einer Gas turbine (M) unter ggf. noch gleichzeitiger Kopplung letzterer (M) mit einem Stromerzeuger (G).

3. Mehrstufige Verbrennungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Nachbrennkammer (4) und Abhitzeteil (7) über eine Umlenkkammer (5) bodenseitig unter einander verbunden sind.