DE4333510C1

DE4333510C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Rauchgasen aus Abfallverbrennungsanlagen

Info

Publication number: DE4333510C1
Application number: DE4333510A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Ing Lausberg
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2013-10-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Rauchgasen aus Abfallverbrennungs anlagen, wobei der Abfall in einem Drehrohrofen verbrannt wird, die flüssige Schlacke und festen Rückstände aus der Verbrennung in einen Naßent schlacker fallen bzw. in einen Glasschmelzofen einge leitet werden und die staubbeladenen, mit unverbrannten Bestandteilen angereicherten, toxischen Rauchgase in einer Nachbrennkammer vollständig verbrannt und einem nachgeschalteten Abhitzekessel mit Rauchgaswaschanlagen und Saugzuggebläse für das gereinigte Rauchgas zugeführt werden.

Bei einer Verbrennungsanlage für Abfälle aus chemischer Produktion, Recycling-Verfahren, Aufbereitungsanlagen u. a., die als kontaminierte, teilweise feste, pastöse und flüssige Substanzen anfallen, werden zur vollständigen Verbrennung Drehrohröfen mit Nachbrennkammern mit diesen festen, pastösen und flüssigen Abfallstoffen meistens in kontrollierten Zusammensetzungsverhältnissen beschickt. Im Drehrohrofen findet der vollständige Ausbrand der festen und pastösen Abfälle statt. Die Nachbrennkammer hat neben der vollständigen Nachverbrennung der unverbrannten Gase und Feststoffteilchen aus dem Drehrohrofen häufig in ihrem unteren Teil die Funktion eines Feuerraumes für flüssige, gasförmige und wässerige Abfälle.

Die bei der Verbrennung entstehenden heißen und staub beladenen, toxischen Rauchgase, die erheblich mit inerten anorganischen Bestandteilen angereichert sind, gelangen mit einer Temperatur bis 1200°C aus der Nachbrennkammer in den Abhitzekessel.

Die im Rauchgas mitgeführten, teilweise noch flüssigen Schlackenpartikel und Stäube setzen sich an den Rohr wänden und Rohrbündeln ab und verschlechtern dadurch den Wärmeübergang und die Abkühlung der Rauchgase, bevor diese in die nachgeschaltete Rauchgasreinigungsanlage und über das Saugzugebläse durch den Reingaskamin in das Freie gelangen. Neben der Beeinträchtigung des Wärmeüberganges treten verstärkt Schäden durch Korrosion, u. a. an den Rohrwänden, auf.

Die Flugaschen und Stäube aus Abhitzekessel und Rauchgasreinigungsanlage, die nach wie vor Dioxine und Furane enthalten, werden in Transportgefäße eingebracht. Aufgrund des hohen Prozentsatzes leicht wasserlöslicher Anteile muß dieser Rückstand normalerweise in Untertagedeponien abgelagert werden.

Eine erfolgreich praktizierte Lösung besteht auch darin; daß die gesammelten Aschen und Stäube angefeuchtet und zusammen mit den Abfällen in den Drehrohrofen eingegeben, eingeschmolzen und in die anorganische Matrix der Flüssigschlacke mit ein gebunden werden. Über einen Naßentschlacker wird die glasig erstarrte Schlacke abgeführt.

Die in Müllverbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen für kontaminierte, teilweise feste, pastöse und flüssige Substanzen erzeugten schadstoffhaltigen, teilweise mit Dioxinen und Furanen behafteten Rauchgase zeichnen sich durch eine hohe Staubbeladung aus. Die Staubbeladung ergibt sich sowohl hinsichtlich der Menge als auch hinsichtlich Zusammensetzung direkt aus dem verbrannten Abfall. Es können Werte von weit über 30 000 mg/m³ auftreten.

Der Staubanteil des Rauchgases ist in mehrfacher Hinsicht für die der Verbrennung nachgeschalteten Anlagenteile äußerst nachteilig:

- Die wasser- und dampfdurchströmten, dicht nebeneinander aufgehängten Rohrwände und Rohrbündel des Abhitzekessels unterliegen einer starken Verschmutzung bzw. einer Verstopfungsgefahr.
- Die Rohrwände und Rohrbündel des Abhitzekessels werden durch die anhaftenden Schlacke- und Staubpartikel einer erhöhten Korrosion unterworfen.
- Die Rohrwände und Rohrbündel des Abhitzekessels unterliegen durch den Flugstaub im strömenden Rauchgas einer erhöhten Erosionsgefahr.
- Die beweglich aufgehängten Rohrwände des Abhitzekessels sind wegen der permanenten Verschmutzung durch das Rauchgas ein aufwendiges und kostenintensives Konstruktionsteil.
- Die erforderliche Reinigung der Rohrwände eines Abhitzekessels während des Betriebes ist bisher nicht zufriedenstellend gelöst.
- Die gefährliche Dioxinbildung bei Abkühlung der Rauchgase wird überhaupt erst durch den Staubanteil ermöglicht bzw. gefördert. Untersuchungen haben gezeigt, daß bei der möglichen Bildung von Dioxinen und Furanen den Flugstäuben eine entscheidende Bedeutung zukommt. Adsorbierte organische Verbindungen können unter dem Einfluß katalytisch wirkender Metallstäube in den Flugstäuben durch partielle Oxidation Dioxin- und Furanmoleküle bilden.
- Der sich im Abwasser der Rauchgaswäsche ansammelnde toxische Staub stellt die Abwasserreinigung vor zu sätzliche Reinigungsprobleme.

Bisher werden Rohrwände bzw. Rohrbündel in Abhitzekesseln, die als Wärmetauscher zur Energierück gewinnung dienen, sowohl manuell als auch mittels Kugelregen, Rußbläsern, Vibration, wie beispielsweise Klopfen oder Rütteln der Rohrwände, oder durch Schwin gungen der Kesselwände auslösende Vorrichtungen und andere Reinigungsmaßnahmen von unerwünschten Anbackungen der im Rauchgas mitgeführten Partikel gereinigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um die heißen und staubbeladenen Rauchgase vor Eintritt in den Abhitzekessel einer Gasreinigung zu unterwerfen, um dadurch die aufgeführten Nachteile des Abhitzekessels bei Betrieb mit stark verschmutzten und korrosiven Rauchgasen zu vermeiden. Ferner sollen die abgeschie denen toxischen Stäube innerhalb des Verfahrens recy celt werden, insbesondere die im Flugstaub enthaltenen Schwermetalle separiert werden. Die Rauchgaswäsche kann ohne Staubbeladung des Rohgases einfacher gestaltet werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt in der Weise, wie es in den Verfahrens- und Vorrichtungsansprüchen angegeben ist.

Durch eine vollständige Filtration des Staubes aus den heißen Rauchgasen unmittelbar nach der Nachverbrennung und Zwischenkühlung in einem Strahlungskühler, jedoch vor Eintritt in den Abhitzekessel, lassen sich die aufgeführten negativen Merkmale bei Betrieb des Abhit zekessels und der Rauchgasreinigung mit staubbeladenen, heißen Rauchgasen vermeiden.

Durch die technische Entwicklung sind Heißgasfilter auf den Markt gebracht worden, die bis zu Rauchgastempera turen von 1000°C einsetzbar sind und die Abscheidewer te der Staubanteile im Rauchgas bis über 99,0% errei chen.

Heißgasfilter dieser Ausführung sind aus der WO 87/07180 und WO 87/07181 bekannt.

Die WO 87/07180 beschreibt eine Vorrichtung zum Filtern von Gasen mit einem geschlossenen Behälter, der von einer horizontalen Lochplatte in einen unteren, mit einem Gaseinlaß versehenen, und einen oberen, mit einem Gasauslaß versehenen Teilraum unterteilt wird, und mit rohr- oder kerzenförmigen Filterelementen, die abge dichtet in Löcher der Lochplatte eingehängt sind und sich mit einer flanschförmigen Verdickung an ihrem oberen Ende an der Lochplatte abstützen.

Heißgasfilter dieser Art werden eingesetzt, um bei spielsweise nach einer Kohlevergasung entstandene heiße Synthesegase zu filtern. Das zu filternde Gas strömt dabei unter Überdruck von außen nach innen durch die Filterelemente, wobei in der Lochplatte eine sehr große Anzahl dieser Filterelemente parallel zueinander aufge hängt sind.

Die WO 87/07181 betrifft eine weitere Vorrichtung zum Filtrieren von Gasen mit einer einen Behälter in zwei Teilräume trennenden Lochplatte, in welche sich mit einem an ihrer Oberseite angeordneten Ringflansch abstützende Filterelemente eingehängt sind, bei der das zu filtrierende Gas aus dem unterhalb der Lochplatte liegenden Teilraum von außen nach innen durch die tropf- oder kerzenförmige Filterelemente in den oberen Teilraum gelangt.

Es wird vorgeschlagen, in die verfahrenstechnische Prozeßkette einer Abfallverbrennungsanlage einen Gaskühler dort zu integrieren, wo die mit 1200°C aus der Nachverbrennung austretenden staubbeladenen Rauchgase auf einen Wert knapp unterhalb der Staubschmelztemperatur von 800°C abgekühlt werden können.

Nach Durchlaufen des Gaskühlers, der ein Luftquensch oder ein wasserdurchströmter Kühler nach der DE 40 07 754 sein kann, treten die staubbeladenen Rauchgase unter Betriebsdruck in das Heißgasfilter ein, das sie, fast vollständig gereinigt, mit einer Temperatur, die nahe der Eintrittstemperatur in das Heißgasfilter liegt, verlassen. Als Reingas gelangen sie dann in den Abhitzekessel.

Der Filterstaub aus dem Heißgasfilter kann entweder über eine Rohrleitung pneumatisch oder über Förderschnecken einem Zwischenbunker zugeführt bzw. zur Deponierung abgefüllt oder bedarfsweise in den Drehrohrofen eingegeben werden.

Alternativ kann der Staub in eine Vorrichtung zum Verglasen von Rückständen gemäß der DE 41 12 162 geleitet werden, wo alle mit Dioxinen, Furanen, Schwermetallen, Salzen, Chloriden usw. beladenen Rückstände in eine Form überführt werden, die eine umweltfreundliche Weiterverwendung bzw. gefahrlose oberirdische Deponierung dieser Abfälle ermöglicht.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Sonderabfall- Verbrennungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Sonderabfall- Verbrennungsanlage mit einer Vorrichtung zum Verglasen der Rückstände.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage besteht im wesentlichen aus dem Hochtemperatur-Verbrennungsbereich (Drehrohrofen 4, Nachbrennkammer 5), dem Vorkühl- und Reinigungsbereich (Gaskühler 7, Heißgasfilter 8) für die staubbeladenen Rauchgase, dem Energie- Rückgewinnungsbereich (Abhitzekessel 10) zur Dampferzeugung mit gereinigten Rauchgasen und der Rauchgaswäsche (Naßwäscher 11).

Die Abfälle, die in flüssiger, pastöser und fester Form eingesetzt werden, werden aus dem Abfall-Bunkergebäude (1), falls es sich um festen Abfall handelt, mit dem Greifer (2) aufgenommen und über die Aufgabevorrichtung (3) in den Drehrohrofen (4) zur Verbrennung aufgegeben. Zusammen mit den Abfällen aus dem Abfall-Bunker (1) werden anteilig Stäube aus dem Staub-Bunker (21) zugemischt, die beim Durchlaufen der staubbeladenen Rauchgase durch die Kühl- und Reinigungsanlagen (Gaskühler 7, Heißgasfilter 8, Abhitzekessel 10) abgeschieden und in den Staubsammelvorrichtungen der Kühl- und Reinigungsanlage (7.1, 9, 14) gesammelt werden.

Die in dem Drehrohrofen (4) und in der Nachbrennkammer (5) entstehenden Schlackenanteile werden in bekannter Weise einem Naßentschlacker (6) zugeführt. Die mit ca. 1200°C aus der Nachbrennkammer (5) austretenden staubbeladenen Rauchgase werden zunächst einem indirekt wirkenden Gaskühler (7) zugeführt und anschließend mit einer Temperatur von ca. 750°C in das Heißgasfilter (8) geleitet.

Das staubbeladene Abgas tritt im unteren Teil des Heißgasfilters (8), dem Rohgasraum, ein, wird durch eine zentrale Rohrleitung bis unter die Lochplatte geführt und hier radial über den gesamten Querschnitt des Heißgasfilters (8) verteilt. Das Abgas strömt dann an den Filterelementen entlang nach unten und im Inneren durch die hohlen Keramik-Filterelemente nach oben, so daß es das Filtergehäuse oberhalb der Lochplatte als Reingas verlassen kann.

Der im Heißgasfilter (8) abgeschiedene Staub lagert sich beim Durchströmen der Filterelemente in Form von Filterkuchen außen an der Oberfläche der Elemente ab. Die Abreinigung erfolgt entweder nach vorgegebenen Zeitintervallen oder nach Erreichen einer maximal zulässigen Druckdifferenz.

Die gereinigten, heißen Rauchgase werden durch den Abhitzekessel (10) geführt und treten mit ca. 180°C in den Rauchgaswäscher (11) ein. Nach Abscheidung der toxischen bzw. halogenierten Schadgasanteile gelangen die gereinigten Rauchgase über das Saugzuggebläse (12) und den Reingaskamin (13) in die Atmosphäre. Die abgeschiedenen Schadgasanteile werden über einen Abwasseranschluß (15) einer Abwasserbehandlung zugeführt.

Eine Rückbildung von Dioxinen und Furanen während der Abkühlung der gereinigten Rauchgase im Abhitzekessel (10) unterbleibt, da keine Staubpartikel als Keime für die Bildung der toxischen Rückstände verfügbar sind.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt einer Abfallverbrennungsanlage mit dem Gaskühler (7) und dem Heißgasfilter (8) und mit einer an sich bekannten Vorrichtung (Glasschmelzofen 17) zum Verglasen der Rückstände.

Bei dieser Ausführung werden die Stäube aus dem Gaskühler (7, 7.1), dem Heißgasfilter (8, 9) und dem Ahitzekessel (10, 14) über eine Sammelleitung (16) und eine Beschickungseinrichtung (18) einem Glasschmelzofen (17) zugeführt, dort in eine umweltverträgliche Glasschmelze umgewandelt und als Glasmasse in das Gefäß (20) gegeben.

Bezugszeichenliste

1 Abfall-Bunkergebäude
2 Greifer
3 Aufgabevorrichtung
4 Drehrohrofen
5 Nachbrennkammer
6 Naßentschlacker
7 Gaskühler
7.1 Staubbehälter von 7
8 Heißgasfilter
9 Staubaustrag mit Sammelgefäß an 8
10 Abhitzekessel
11 Rauchgaswäscher
12 Saugzuggebläse
13 Reingaskamin
14 Staubaustrag Abhitzekessel 10
15 Abwasserauslaß Rauchgaswäscher 11
16 Staubsammelleitung
17 Glasschmelzofen
18 Beschickungseinrichtung für 17
19 Bunker für Zuschläge
20 Gefäß für Glasmasse
21 Bunker für Stäube.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Rauchgasen aus Abfallverbrennungsanlagen, wobei der Abfall in einem Drehrohrofen verbrannt wird, die flüssige Schlacke und feste Rückstände aus der Verbrennung in einen Naßentschlacker fallen bzw. in einen Glasschmelzofen eingeleitet werden und die staubbeladenen, mit unverbrannten Bestandteilen angereicherten toxischen Rauchgase in einer Nach brennkammer vollständig verbrannt und einem nachgeschalteten Abhitzekessel mit Rauchgaswaschanlagen und Saugzuggebläse für das gereinigte Rauchgas zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die nachverbrannten, staubbeladenen Rauchgase von einer Temperatur von max. 1200°C auf mindestens 800°C abgekühlt werden, anschließend in einem filternden Abscheider gereinigt und als staubfreie Rauchgase auf 180°C heruntergekühlt und schließlich fein gewaschen in die Atmosphäre entlassen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Rauchgase auf mindestens 800°C auf indirektem Wege erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Rauchgase auf mindestens 800°C auf direktem Weg durch Kaltluftzumischung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgekühlten Rauchgase bei einer Temperatur von ca. 800°C und mit einem Staubabscheidegrad von über 99,0% in einem filternden Abscheider von Staub gereinigt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im System Betriebssaugdrücke ausgehend von Atmosphärendruck erzeugt werden, um die zusätzlichen Druckverluste bei der Heißgasfilterung durch das Filtermedium, den Filterbehälter und die internen Rohrleitungen auszugleichen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Staub-Austragsvorrichtungen (7.1, 9, 14) gesammelten Stäube aus den Abgas-Kühl- und Reinigungsanlagen gesammelt, gebunkert und bedarfsweise dem Drehrohrofen (4) zugesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Staub-Austragsvorrichtungen (7.1, 9, 14) gesammelten Stäube aus den Abgas-Kühl- und Reinigunganlagen über eine Sammelleitung (16) direkt einem Glasschmelzofen (17) zugeführt und dort verglast werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Schlacke aus dem Drehrohrofen (4) und die festen Rückstände aus der Nachverbrennung (5) direkt in einen Glasschmelzofen (17) geleitet und gemeinsam mit den Stäuben und Zuschlagstoffen verglast werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem der Aufgabevorrichtung für Abfall nachgeschalteten Drehrohrofen, mit einer Nachbrennkammer, einem Abhitzekessel, Rauchgaswäsche, Saugzuggebläse und Abgaskamin, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Nachbehandlung der heißen, staubbeladenen Rauchgase ein Gaskühler (7) und ein Heißgasfilter (8) mit Staubsammelgefäß (9) angeordnet ist und daß für die Nachbehandlung der heißen, weitgehend staubfreien Rauchgase in bekannter Weise ein Abhitzekessel (10) sowie ein Rauchgaswäscher (11), ein Saugzuggebläse (12) und ein Abgaskamin (13) nachgeschaltet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgasfilter (8) Filterelemente aus poröser Verbundkeramik aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubaustrag (7.1) des Gaskühlers (7), des Sammelgefäßes (9) und der Staubaustrag (14) über eine Staubsammelleitung (16) mit Zwischenbunker (19) mit der Aufgabevorrichtung (3) des Drehrohrofens (4) verbunden sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Nachbehandlung der Schlacke des Dreh rohrofens (4) und der Nachbrennkammer (5) in bekannter Weise ein Glasschmelzofen (17) mit einer Beschickungseinrichtung (18) für Filterstaub und Zuschlagstoffe (19) mit der Nachbrenn kammer (5) verbunden ist.