DE4436389C2

DE4436389C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung von NO¶x¶-Emissionen

Info

Publication number: DE4436389C2
Application number: DE19944436389
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Schopf
Original assignee: Saacke & Co KG GmbH
Current assignee: Saacke & Co KG GmbH
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2014-10-13
Also published as: DE4436389A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung von NO_X-Emissionen sowie Dioxin- und Furan-Emissionen beim Verbrennen von Abfall- und/oder Brennstoffen, insbesondere von Abfall- und/oder Brennstoffen mit einem Anteil an orga nisch gebundenem Stickstoff von mehr als 0,5 Massenpro zent, sowie ein Verfahren zur Reduzierung von NO_X-Emissio nen sowie Dioxin- und Furan-Emissionen beim Verbrennen von Abfall- und/oder Brennstoffen, insbesondere von Abfall- und/oder Brennstoffen mit einem Anteil an organisch gebun denem Stickstoff von mehr als 0,5 Massenprozent.

Abfallstoffe aus der chemischen Grundstoffproduktion sowie bestimmte Brennstoffe enthalten häufig hohe Anteile an organisch gebundenem Stickstoff, der bei der Verbrennung zu entsprechend hohen NO_X-Emissionen führt. Bei Vorhanden sein von Chlor- und/oder anderen Fluorverbindungen ist die Bildung von Dioxinen und/oder Fluranen möglichen.

Bei herkömmlichen Primärmaßnahmen, wie sie z. B. aus der DE 40 31 493 bekannt sind, wird Luft in einstufiger Fahrweise zugeführt und der Abfall- und/oder Brennstoff bei Tempera turen von 1200 bis 1300°C verbrannt. Nach allgemeiner Auf fassung reicht eine derartige Primärmaßnahme jedoch auf grund der durch die O₂-Anreicherung bedingten hohen Tempe raturen nicht aus, um eine NO_X-Reduzierung zu liefern, die den Bestimmungen der 17. BImSchV entspricht. Es muß daher i.a. ein Katalysator zur NO_X-Reduzierung sowie ggfs. ein sog. "Polizeifilter" z. B. auf Aktivkohlebasis zur Abschei dung von Dioxinen und/oder Furanen nachgeschaltet werden.

Aus der DE 40 31 493 ist ebenfalls eine Rauchgaszirkula tion bekannt. Diese in der ersten und einzigen Verbren nungsstufe vorgesehene Rauchgaszirkulation dient zur Tem peratursteuerung und wirkt gegenläufig zur O₂-Anreicherung. Ein NO_X-mindernder Effekt ist mit einer derartigen Rauch gaszirkulation nicht verbunden.

Aus der DE 33 08 406 ist ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Verbrennung von ammoniakhaltigen Abgasen bekannt. Dabei wird in mehrstufiger Fahrweise NO_X reduziert. In der letzten Stufe wird ein hoher Luftüberschuß genutzt, um thermisches NO_X durch hohe Temperaturen zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gat tungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit denen sich als reine Primärmaßnahme eine deutliche Reduzierung von NO_X-, Dioxin- und Furan-Emissionen gegenüber den herkömmlichen Primärmaßnahmen erzielen läßt, so daß zumindest eine nach geschaltete Entstickungsstufe nicht mehr notwendig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch

- eine erste Verbrennungsstufe mit einem Einlaß für den Abfall- und/oder Brennstoff, und
- eine zweite Verbrennungsstufe, die mit der Auslaßseite der ersten Verbrennungsstufe in Verbindung steht und Ein richtungen zum Zuführen von Verbrennungsluft für einen Ausbrand und zum Beimischen von rezirkuliertem Rauchgas aufweist.

Diese Aufgabe wird zudem bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß es umfaßt

- in einer ersten Verbrennungsstufe eine unterstöchio metrische Verbrennung bei einer Temperatur von 1400 bis 1700°C und
- in einer zweiten Verbrennungsstufe ein Zuführen von sekundärer Verbrennungsluft, Beimischen von rezirku liertem Rauchgas und ein überstöchiometrisches Aus brennen bei einer Temperatur von unter 1300°C.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die erste Verbrennungsstufe einen Brenner in Form ei nes Drallbrenners aufweist. Die Wahl des Brenners hängt vom Aggregatzustand und Heizwert des Abfall- und/oder Brennstoffes ab. So wird bei niederkalorigen, flüssigen Stoffen ein Drallbrenner verwendet, da sich damit eine stabile Flamme auch bei niedrigen Heizwerten erzielen läßt.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung zusätzlich eine der ersten Verbrennungsstufe vorgeschalte te Aufbereitungsstufe zum Vergasen stückiger Abfall- oder Brennstoffe umfaßt.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Aufbereitungsstufe einen Rost umfaßt.

Günstigerweise ist der Rost ein kontinuierlich arbeitender Rost.

Die Verfahrensunteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß bei einer zweistufigen Fahrweise gemäß der Erfindung, bei der in der ersten Verbrennungsstufe die N_org-Gruppen über Zwischenprodukte (NH_{i . .}.) in N₂ umgewandelt werden und in der zweiten Stufe durch Beimischen von Rauchgas eine Temperaturabsenkung bewirkt wird, die die Bildung von thermischem NO in der Ausbrandzone verhindert, wodurch die Emissionswerte und Staubkonzentration gegenüber der einstufigen Fahrweise deutlich reduziert werden. Darüber hinaus können die Betriebskosten wegen geringerer Stützbrennstoffmengen erheblich gesenkt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung von Versuchsergebnis sen bei Variation der Luftzahl λ für die Primär verbrennung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der eine Aufbereitungsstufe 24 mit einem Brenner 10 (zum An fahren) und einem Vergasungsraum 12, eine erste Verbren nungsstufe 14 mit einem Verbrennungsraum 16, eine zweite Verbrennungsstufe 18 mit einer Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft 20 sowie einer Einrichtung zum Beimi schen von rezirkuliertem Rauchgas 22 und nachgeschaltete Elemente (zur Rauchgaswäsche und/oder Staubabscheidung und Energieausnutzung) hintereinander angeordnet sind.

Die Aufbereitungsstufe 24 umfaßt einen Rost 26, auf dem ein stückiger Abfallstoff im Vergasungsraum 12 vergast wird, wobei Brenngase, die in den Verbrennungsraum 16 ge führt werden, und Asche entstehen, die am Rost 26 ausge schleust wird. Der Rost 26 ist ein kontinuierlich arbei tender Rost, wodurch eine Variation der Luftzuführung mög lich ist. Durch eine örtlich unterschiedliche Luftzahl, d. h. am Anfang z. B. 0,1 und am Ende z. B. 2, wodurch sich am Rost in der Summe eine Luftzahl von 0,3 bis 0,6 (vorzugsweise 0,4 bis 0,5) ergibt, wird ein kompletter Ausbrand der Asche möglich. In dem Verbrennungsraum 16 werden die Brenngase unterstöchiometrisch (Luftzahl λ = 0,6 bis 0,99) bei einer hohen Temperatur (T = 1400 bis 1700°C) (falls erforderlich mittels eines weiteren Bren ners 10) verbrannt. In der zweiten Verbrennungsstufe 18 wird dem Prozeß über die Einrichtung 20 Verbrennungsluft zugeführt und über die Einrichtung 22 rezirkuliertes Rauchgas beigemischt. Die nachgeschalteten Elemente 26 dienen vor allem der Energieausnutzung. Je nach Brennstoff ist eine Staubabscheidung zur Einhaltung des Emissions grenzwertes und eine Rauchgaswäsche notwendig.

Tabelle 1

Brennstoffzusammensetzung und Brennstoffdaten einer Polymerlösung

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für Meßergebnisse, die mit ei ner Polymerlösung in einer aus der Tabelle 1 ersichtlichen Zusammensetzung in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt wurden. Auf der linken Ordinate ist der NO_X-Gehalt in mg/m³ bei 11% O₂, auf der rechten Seite die Temperatur bei der ersten Verbrennungsstufe in °C in Abhängigkeit von der Primärluftzahl λ dargestellt. Deutlich ist zu erken nen, daß die NO_X-Kurve ein Minimum bei λ in der Größenord nung von 0,75 aufweist. Die Temperaturkurve weist ein Ma ximum auf, das bei λ ungefähr 0,9 liegt. Der Bereich zwi schen den beiden Schnittpunkten der Kurven ist der für die Verfahrensführung optimale Bereich.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede nen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Brenner
12 Vergasungsraum
14 erste Verbrennungsstufe
16 Verbrennungsraum
18 zweite Verbrennungsstufe
20 Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft
22 Einrichtung zum Beimischen von rezirkuliertem Rauchgas
24 Aufbereitungsstufe
26 Rost

Claims

1. Verfahren zur Reduzierung von NO_X-Emissionen sowie Dio xin- und Furan-Emissionen beim Verbrennen von Abfall- und/oder Brennstoffen, insbesondere von Abfall- und/oder Brennstoffen mit einem Anteil an organisch gebundenem Stickstoff von mehr als 0,5 Massenprozent, dadurch gekenn zeichnet, daß es umfaßt:

- in einer ersten Verbrennungsstufe eine unterstöchiome trische Verbrennung bei einer Temperatur von 1400 bis 1700°C und
- in einer zweiten Verbrennungsstufe ein Zuführen von se kundärer Verbrennungsluft, Beimischen von rezirkuliertem Rauchgas und ein überstöchiometrisches Ausbrennen bei einer Temperatur von unter 1300°C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl in der ersten Verbrennungsstufe 0,6 bis 0,99 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl in der ersten Verbrennungsstufe 0,7 bis 0,9 beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Verbrennungstemperatur in der ersten Verbrennungsstufe 1500 bis 1600°C beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Luftzahl in der zweiten Ver brennungsstufe 1,1-1,2 beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in der ersten Verbrennungsstufe die Luftzahl in Abhängigkeit vom Heizwert des Brenn- und/oder Abfallstoffes eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in der ersten Verbrennungsstufe die Verweilzeit des Rauchgases zwischen 0,5 und 1 Sekunde gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in der zweiten Verbrennungsstufe die Verweilzeit des Rauchgases ca. 2 Sekunden gewählt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zum Verbrennen stückiger Abfall und/oder Brennstoffe vor der ersten Verbrennungsstufe eine Aufbereitungsstufe vorgeschaltet ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch

- eine erste Verbrennungsstufe (14) mit einem Einlaß für den Abfall- und/oder Brennstoff, und
- eine zweite Verbrennungsstufe (18), die mit der Auslaß seite der ersten Verbrennungsstufe (14) in Verbindung steht und Einrichtungen zum Zuführen von Verbrennungs luft (20) für einen Ausbrand und zum Beimischen von re zirkuliertem Rauchgas (22) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbrennungsstufe (14) einen Brenner (10) in Form eines Drallbrenners aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß sie zusätzlich eine der ersten Verbrennungs stufe (14) vorgeschaltete Aufbereitungsstufe (24) zum Ver gasen stückiger Abfall- oder Brennstoffe umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungsstufe (24) einen Rost (26) umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost ein kontinuierlich arbeitender Rost (26) ist.