DE4002674A1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des co-gehaltes in abgasen von verbrennungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung des CO-Gehaltes in Abgasen von Verbren­ nungsanlagen, insbesondere bei der Verbrennung von Haus- und Sondermüll, wobei der Müll zum Beispiel in einem Dreh­ rohrofen verbrannt und die Abgase durch einen dem Ofen nachgeschalteten Kessel geleitet werden.

Die Abgase von Müllverbrennungsanlagen, aber auch die Ab­ gase von Kraftwerkskesseln, die mit Kohlefeuerung arbeiten, enthalten unter anderem Kohlenmonoxid, dessen Anteil mög­ lichst klein gehalten werden soll.

Bei Müllverbrennungsanlagen beispielsweise wird der Müll in gleichstrombetriebene Drehrohröfen eingebracht und dort verbrannt.

Diese Öfen enden in Abhitze-Kesseln, aus denen die Schlacke nach unten abgezogen wird, während die Abgase oder Rauchgase den ersten Kesselzug praktisch senkrecht von unten nach oben durchströmen. Nach einer Umlenkung erfolgt ein weiterer Wärme­ austausch in einem Konvektionsteil. Den Abhitzekesseln schließt sich ein Abgasreinigungsverfahren an.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den CO-Gehalt in den Abgasen von Verbrennungsanlagen zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in den Kes­ sel die Verbrennungsgase von Brennern, insbesondere Hochge­ schwindigkeitsbrennern, zusammen mit einem Oxidationsmittel und/oder einem katalytisch wirkenden Mittel eingeblasen wer­ den.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nach­ folgend anhand der Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 schematisch das in den ersten Kesselzug eines Abhitzekessels hineinragende Ende eines Dreh­ rohrofens zeigt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch im Schnitt einen Kessel mit einer Kohlefeuerung.

Fig. 4a und 4b zeigen schematisch im Schnitt je eine Brenn­ kammer.

Die Temperaturen im ersten Strahlungszug des Kessels betragen direkt oberhalb des Drehrohrofenendes gegenwärtig etwa 1000°C bis 1500°C, in der Mitte des Zuges etwa 750 bis 850°C und am oberen Ende im Umlenkbereich des Zuges etwa 600 bis 700°C. Diese Temperaturen schwanken abhängig von der Müllzusammenset­ zung, der Ofenbetriebsweise und dem Verschmutzungsgrad des Kessels.

Bei diesen Temperaturen sind mechanische Umwälzeinrichtungen ungeeignet.

Nach der Erfindung werden daher die Rauchgase mit Hilfe von Brennern, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrennern, durch­ gemischt.

Unter Hochgeschwindigkeitsbrennern sind Brenner zu verstehen, bei denen die Verbrennung in einer am Brenner montierten Brenn­ kammer erfolgt und die Verbrennungsgase durch eine Düse mit Geschwindigkeiten von etwa 100 m/s und mehr in den Kessel einströmen.

Durch den hohen Austrittsimpuls der aus den Brennern aus­ tretenden Verbrennungsgase werden die durch den Kessel strömenden Abgase oder Rauchgase angesaugt und kräftig durchgemischt, um eine möglichst weitgehende Reaktion von CO mit O₂ zu erreichen.

Zusätzlich zu dieser Durchmischung der Rauchgase wird er­ findungsgemäß vorgeschlagen, in die Verbrennungsgase der Brenner ein Oxidationsmittel und/oder ein katalytisch wir­ kendes Mittel einzuführen.

Diese Mittel können vorzugsweise in die Ausströmdüsen der Brenner oder in den Verbrennungsgasstrom der Brenner im Kessel eingeblasen werden.

Als Oxidationsmittel eignen sich zum Beispiel Sauerstoff O₂, Ozon O₃, Wasserstoffperoxid H₂O₂, Lachgas N₂O, Na­ triumperoxid Na₂O₂ und Manganoxid MnO₂. Als Katalysator eignet sich insbesondere Kupferoxid als Kupfer(I)-oxid Cu₂O und als Kupfer(II)-oxid CuO.

Durch das zusätzliche Einführen eines Oxidationsmittels und/oder eines Katalysators wird die Verbrennung von CO zu CO₂ beträchtlich verbessert und damit der CO-Gehalt in den Abgasen stark reduziert.

Fig. 1 zeigt nun schematisch das Ende eines Drehrohrofens 10, das etwas in den ersten Strahlenzug oder Kesselzug 14 eines allgemein mit 12 bezeichneten Kessels hineinragt. Zwischen dem Außenumfang des Drehrohrofens 10 und der Öff­ nung im Kesselzug 14 ist ein Ringspalt von z. B. 10-40 mm Breite vorhanden, der in Fig. 1 jedoch nicht dargestellt ist und durch den sogenannte Sekundärluft in den Kessel 12 eintritt.

Die Abgase aus dem Drehrohrofen 10 strömen im Kesselzug 14 vertikal von unten nach oben und sie werden im Kesselzug 14 erfindungsgemäß unter sich und mit der Sekundärluft kräftig durchgemischt.

Oberhalb des Eintrittsendes des Drehrohrofens 10 in den Kesselzug 14, zweckmäßigerweise unmittelbar oberhalb, sind daher Brenner 16, 18, 20, 22, 24, 26 insbesondere sogenannte Hochgeschwindigkeitsbrenner, angeordnet, die in den beiden sich gegenüberliegenden Seitenwänden 36, 38 des Kesselzuges 14 montiert und installiert sind.

Im dargestellten Beispiel sind in jeder Seitenwand des Kes­ selzuges 14 drei Brenner eingebaut, so z. B. die Brenner 16, 18, 20 in der Seitenwand 38 und die Brenner 22, 24, 26 in der Seitenwand 36 des Kesselzuges 14.

Die Brenner 16, 18, 20 liegen somit den Brennern 22, 24, 26 gegenüber und die aus ihren Düsen 30 austretenden Verbren­ nungsgasstrahlen sind aufeinander zu gerichtet.

In vertikaler Richtung sind die einzelnen Brenner höhenver­ setzt zueinander angeordnet, so können beispielsweise die Brenner 16, 18, 20 in einer Ebene liegen, während die Bren­ ner 22, 24, 26 in einer anderen höheren Ebene liegen können.

Es hat sich ferner gezeigt, daß es zweckmäßig ist, auch die Brenner, die an einer der beiden Wände 36 oder 38 installiert sind, höhenversetzt zueinander anzuordnen, wie Fig. 1 zeigt.

So liegen die Brenner 16 und 20, die in der Wand 38 instal­ liert sind, in einer horizontalen Ebene, der zwischen den Brennern 16 und 20 angeordnete Brenner 18 liegt jedoch in einer höheren Ebene. Entsprechendes gilt für die Brenner 22, 24, 26, die in der Wand 36 des Kesselzuges 14 instal­ liert sind, wobei hier die Brenner 22 und 26, wie Fig. 1 zeigt, in der oberen Ebene liegen, während der Brenner 24, der zwischen den beiden Brennern 22, 26 in der Wand 36 ein­ gebaut ist, in der unteren Ebene angeordnet ist.

Sowohl der vertikale als auch der horizontale Abschnitt der Brenner voneinander kann abhängig von den Strahlkegeln 32 der aus den Brennerdüsen 30 austretenden Verbrennungsgase gewählt werden.

Messungen haben ergeben, daß der Öffnungswinkel dieser Strahlkegel 32 etwa 20° beträgt.

Der horizontale Abstand der Brenner voneinander kann nun zweckmäßigerweise so gewählt werden, daß sich die Strahlke­ gel 32 etwa in der Mittelebene 40 des Kesselzuges 14 gerade treffen bzw. überschneiden.

Entsprechendes gilt für den vertikalen Abstand A der beiden Brennergruppen voneinander.

Die Mittelachsen der Brennerdüsen 30 (und damit die Mittel­ achsen der Strahlkegel 32) verlaufen vorzugsweise horizon­ tal und rechtwinklig zu der jeweiligen Seitenwand 36 bzw. 38.

Es wird aber betont, daß dies nicht der Fall zu sein braucht, d. h. diese Mittelachsen der Brennerdüsen 30 bzw. der Strahl­ kegel 32, können auch in einem spitzen Winkel zur Horizonta­ len nach oben oder nach unten geneigt verlaufen, außerdem können sie einen von 90° abweichenden Winkel zur jeweili­ gen Seitenwand 36 bzw. 38 bilden. (Die Bezeichnung "hori­ zontal" bezieht sich darauf, daß der Kesselzug 14 vertikal angeordnet ist und die Abgase aus dem Drehrohrofen 10 ver­ tial von unten nach oben strömen).

Mit dieser Anordnung der Brenner 16 bis 26, deren horizon­ taler und deren vertikaler Abstand praktisch dem Strahldurch­ messer in der Mitte des Kesselzuges 14 entspricht, wird be­ reits eine sehr gute Durchmischung des im Kesselzug 14 von unten nach oben strömenden Abgases erzielt, da durch diese Anordnung bereits ein sehr großer Teil der Querschnittsfläche des Kesselzuges erfaßt ist. Durch die wechselseitige Verset­ zung der einzelnen Brenner wird eine häufige Umlenkung der im Kesselzug 14 aufströmenden Abgase erreicht und damit die Vermischung und Reaktion intensiviert. Vorzugsweise sind die Brenner möglichst nahe, d. h. unmittelbar oberhalb dem Aus­ tritt des Drehrohrofens 10 angeordnet, wodurch erreicht wird, daß die Sekundärluft bei möglichst hoher Temperatur von den Brennerstrahlen angesaugt wird und die Zeit für die Reaktion des Sauerstoffes mit dem Kohlenmonoxid möglichst lang ist.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, oberhalb der Brenner 16 bis 26 weitere Brenner 28, z. B. je zwei Brenner in zwei wei­ teren Ebenen, vorzusehen, die in derselben Weise eingebaut sind wie die Brenner 16 bis 26. Die Brenner 28 sind zweck­ mäßigerweise jedoch in horizontaler Richtung relativ zu den Brennern 22, 18, 26 um deren halben Mittenabstand versetzt angeordnet.

Durch diese zusätzlichen Brenner 28 können Abgassträhnen, die durch die unteren Brennergruppen noch nicht erfaßt wor­ den sind, durchgemischt werden, wodurch die Reaktion von CO mit O₂ weiter verbessert wird.

Die Brenner selbst, die handelsüblich käuflich sind, können beispielsweise mit Propangas betrieben werden.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Kessel, z. B. einen Kraft­ werks-Kessel, der mit Kohlefeuerung betrieben wird.

Der Kessel 42 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und aufgebaut, so daß er nicht näher beschrieben zu werden braucht.

Unterhalb des Kessels 42 befindet sich ein Wanderrost 44, auf dem sich die Feuerung befindet, und die heißen Abgase oder Rauchgase steigen, wie ebenfalls bekannt, durch den Kessel 42 hindurch nach oben.

Oberhalb des Wanderrostes 44 sind im unteren Bereich des Kessels 42 Brenner 46, insbesondere Hochgeschwindigkeits­ brenner, in wenigstens eine Wand des Kessels 42 so einge­ baut, daß ihre Verbrennungsgase quer zur Strömungsrichtung der von der Feuerung des Kessels kommenden Rauchgase in den Kessel eingeblasen werden, wobei die Einströmgeschwin­ digkeit dieser Verbrennungsgase bei etwa 100 m/s oder dar­ über liegt.

Vorzugsweise sind die Hochgeschwindigkeitsbrenner 46 in zwei sich gegenüberliegenden Wänden des Kessels 42 einge­ baut und ihre Verbrennungsgase strömen aufeinander zu ge­ richtet in den Kessel 42 ein. Die Hochgeschwindigkeitsbren­ ner 46 können in einer Ebene liegen, vorteilhafterweise sind sie aber in wenigstens zwei oder mehreren Ebenen über­ einander und versetzt zueinander angeordnet, wie Fig. 3 zeigt.

Die Fig. 4a und 4b zeigen jeweils die Brennkammer 52 eines der Brenner, z. B. des Brenners 16. In die Brennkam­ mer 52 ragt eine Brennerlanze 50 hinein, an deren Ausström­ ende eine Flamme 54 brennt.

Die hierdurch entstehenden Verbrennungsgase werden über die jeweilige Brennerdüse 30 in den Kessel 12 eingeblasen, wobei ein Verbrennungsgas-Strahlkegel 60 entsteht.

Zur Verbesserung der Verbrennung von CO zu CO₂ wird nun ein Oxidationsmittel und/oder ein Katalysator durch eine Leitung 56 (Fig. 4a) bzw. durch eine Leitung 58 (Fig. 4b) in die aus der Brennkammer 52 ausströmenden Verbrennungs­ gase eingeführt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4a werden das Oxidations­ mittel und/oder das katalytische Mittel in die Brennerdüse 30 eingespeist, in welche die Leitung 56 mündet, während bei der Ausführungsform nach Fig. 4b das Oxidationsmittel und/oder der Katalysator durch die Leitung 58 direkt in den Kessel 12, insbesondere direkt in den Strahlkegel 60 einge­ blasen werden.

Der mit dem Oxidationsmittel und/oder dem katalytischen Mit­ tel angereicherte Verbrennungsgasstrom vermischt sich mit den Ofenabgasen, wodurch erreicht wird, daß sich diese Mit­ tel mit den Ofenabgasen fein vermischen und die gewünschte Reaktion herbeiführen bzw. fördern.

Der Verbrennungsgasstrom ist somit sowohl Impulsmedium zur Durchmischung der Ofenabgase als auch Trägermedium für das oder die Oxidationsmittel und das oder die katalytischen Mittel.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für Haus­ müllverbrennungsanlagen, die zum Beispiel mit Schrägrost­ feuerung arbeiten. Hier sind die Hochgeschwindigkeitsbren­ ner ebenfalls oberhalb der Feuerung im unteren Bereich des Kessels oder Kesselzuges angeordnet, wie vorstehend in Ver­ bindung mit einem Kraftwerkskessel beschrieben wurde.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reduzierung des CO-Gehaltes in den Ab­ gasen von Verbrennungsanlagen, insbesondere bei der Verbrennung von Haus- und Sondermüll, wobei der Müll z. B. in einem Drehrohrofen verbrannt und die Abgase durch einen dem Ofen nachgeschalteten Abhitzekessel und anschließend durch eine Reinigungsanlage geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kessel die Verbrennungsgase von Brennern, insbesondere Hochge­ schwindigkeitsbrennern, zusammen mit einem Oxidations­ mittel und/oder einem Katalysator eingeblasen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasgeschwindigkeit der Verbrennungsgase wenigstens etwa 100 m/s beträgt und daß sie quer zur Strömungsrichtung der Abgase in den Kessel eingeblasen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verbrennungsgase mit dem Oxidationsmittel und/oder dem Katalysator von gegenüberliegenden Seiten des Kessels aus aufeinander zu gerichtet und in einer oder mehreren unterschiedlichen Ebenen bzw. Höhen in den Kessel eingeblasen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das (oder die) Oxidationsmittel und/oder das (oder die) katalytische(n) Mittel in die Ausströmdüsen der Geschwin­ digkeitsbrenner oder in den Verbrennungsgasstrom im Kes­ sel eingeführt bzw. eingeblasen werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kessel (12, 14) oberhalb des Ausgangs des Drehrohrofens (10) bzw. im Kessel (42) oberhalb der Feuerung eine Mehrzahl von Hochgeschwindigkeitsbrennern (16 bis 26, 46) eingebaut ist, deren Ausströmdüsen (30) ins Innere des Kessels (12, 14, 42) gerichtet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (16 bis 26) in zwei sich gegenüberlie­ genden Seitenwänden (36, 38) des Kessels (12, 14) auf­ einander zu gerichtet eingebaut sind und insbesondere in mehreren vertikal übereinanderliegenden Ebenen ange­ ordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die in den beiden Seitenwänden (36, 38) des Kessels sich gegenüberliegend eingebauten Brenner höhen­ versetzt zueinander angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale und der vertikale Abstand der Brenner voneinander etwa dem Durchmesser der Strahlkegel (32) der Verbrennungsgase der Brenner in der Mittel des Kessels (12, 14) entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Kessel (12, 14) oberhalb der Brenner (16 bis 26) weitere Brenner (28) eingebaut sind, die horizontal zu den Brennern (16 bis 26) um deren halben Mittenabstand versetzt angeordnet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Sauerstoff, Ozon, Wasser­ stoffperoxid, Lachgas, Natriumperoxid und/oder Man­ ganoxid sowie als Katalysator Kupferoxid verwendet werden.