DE60122829T2

DE60122829T2 - Müllverbrennungsanlage mit Abgasrückführung

Info

Publication number: DE60122829T2
Application number: DE60122829T
Authority: DE
Inventors: Marcellus Antonius Jozef Van Berlo
Original assignee: AMSTERDAM GEM DIENST AFVALVERW; Gemeente Amsterdam Gemeentelijke Dienst Afvalverwerking
Current assignee: AMSTERDAM GEM DIENST AFVALVERW; Gemeente Amsterdam Gemeentelijke Dienst Afvalverwerking
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: DK1164331T3; DE60122829D1; ES2272406T3; CY1105828T1; ATE338917T1; EP1164331B1; EP1164331A1; NL1015519C2; PT1164331E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Müllverbrennung in einem Müllverbrennungsapparat gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, als auch einen Müllverbrennungsapparat hohen Wirkungsgrades.
Müllverbrennungsapparate, und die Weise wie sie arbeiten, sind in der Praxis bekannt. Im Allgemeinen wird das zu verbrennende Müllmaterial auf einen Träger mit Löchern darin angeordnet, allgemein bekannt als das Verbrennungsgitter, wobei Verbrennungsluft wie Primärgas von unten durch das Verbrennungsgitter und das Müllmaterial nach oben befördert wird. Diese Verbrennungsluft liefert den notwendigen Sauerstoff, der für die Verbrennung benötigt wird. Diese Luft wird oft vorgeheizt, damit der Müll besser brennt, da die heiße Verbrennungsluft einen Heizeffekt auf das zu verbrennende Material ausübt und auch teilweise hilft, das Müllmaterial zu trocknen, so dass es leichter zu entzünden ist. Jedoch aufgrund des inhomogenen Gehalts des Müllmaterials kann tatsächlich ein Überschuss an Sauerstoff oder eine Knappheit an Sauerstoff lokal in dem Müllbett auftreten, abhängig von der Position des Müllbetts und der stattfindenden Verbrennungsmenge. Die aus der Verbrennung resultierenden Gase (identifiziert als Abgase oder Rauchgase) weisen deshalb ebenfalls eine ungleichmäßige Zusammensetzung auf.
Um diese Abgase weiter zu verbrennen, die Kohlenmonoxid und Teilchen von anderem unbrennbaren Müll an Ort und Stelle enthalten können, und um diese mit den Teilen des Gases zu mischen, die noch Sauerstoff enthalten, wird eine sogenannte Sekundäreinspeisung verwendet. Diese Einspeisung von Sekundärgas findet bei einer bestimmten Höhe oberhalb des Müllbetts statt, wobei die Abgase sich ausreichend miteinander vermischen, um ein homogenisiertes Ganzes zu bilden. Das Sekundärgas besteht im Allgemeinen aus Luft, die Sauerstoff enthält, der durch die Verbrennungsreaktion verwendet werden kann. Dies bedeutet, dass von dem Einspeisungspunkt des Sekundärgases an immer ein Überschuss an Sauerstoff erhältlich ist.
Für den Fall von Verbrennungsapparaten großen Maßstabs ist es nicht immer möglich, eine ausreichende Mischung der inhomogenen Abgase mittels der Zugabe des Sekundärgases zu erreichen. In diesem Fall findet die Zugabe eines dritten Gases bei einer Höhe oberhalb des Einlasses des Sekundärgases statt. Für die Zugabe des dritten Gases gibt es eine Präferenz für die Verwendung von Abgas (das heißt Rauchgas) von dem Müllverbrennungsapparat (Umwälzung von Abgas). Dies vermeidet die Tatsache, dass das dritte Gas vorgeheizt sein sollte, wie es der Fall sein kann, wenn Kaltluft von außen verwendet wurde.
Während die hier beschriebene Technik allgemein angenommen wurde, gibt es eine Reihe von Nachteilen. Der Wirkungsgrad der herkömmlichen Müllverbrennungsapparate ist relativ gering, und ferner enthalten die erzeugten Abgase einen großen Anteil an unerwünschten Substanzen wie eine große Menge an nitrosen Oxiden und Kohlenmonoxid. In der Veröffentlichung DE-A-3915992 werden eine Reihe von Verbesserungen vorgeschlagen, insbesondere für die Reduzierung der Mengen an nitrosen Oxiden.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine wie in den einführenden Worten erwähnte verbesserte Technik bereitzustellen, wobei diese Nachteile reduziert werden können. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, eine Technik bereitzustellen, wobei der Wirkungsgrad der Einrichtung verbessert werden kann, und wobei die Emission von gefährlichen Substanzen verringert werden kann.
Hierfür stellt die Erfindung ein wie im Oberbegriff beschriebenes Verfahren bereit, das durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Durch Einsatz dieser Maßnahmen wird eine Technik bereitgestellt, die in einem verbesserten Wirkungsgrad resultiert, und wobei die Menge an gefährlichen Substanzen minimiert wird.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann insbesondere vorteilhafterweise ausgeführt werden unter Verwendung der Maßnahmen wie in den Ansprüchen beschrieben, die in diesem Dokument später genannt werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Primärgas in dem ersten Bereich verwendet, der einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweist. Aufgrund des niedrigen Sauerstoffgehalts führt eine Temperaturerhöhung nicht automatisch zu dem gegenwärtig brennenden Müllmaterial. Daher kann selbst eine Temperatur von mehr als 300°C, beispielsweise 450°C oder höher, ebenfalls angewandt werden. Da das Primärgas in erster Linie dazu dient, die kompakten Teile des Abfallmaterials zu erwärmen und zu trocknen, führt dies im Prinzip nicht zu irgendwelchen Problemen. In zweiter Linie verbrennen die leicht brennbaren Teile des Müllmaterials als ein Ergebnis der Primärteilgaszufuhr, die deshalb mit einem Sauerstoffmangel stattfindet. Dies bedeutet, dass die Verbrennung auf dem Müllbett nur teilweise stattfindet. Folglich kann eine relativ große Menge an Kohlenmonoxid, CH₄ und anderen, aus der Reaktion in der Verbrennung stammenden Produkten freigesetzt werden. Andere Teile der ersten Primärteilgaszufuhr werden nicht zu irgendeiner Verbrennung führen und werden daher das Müllbett mit einem niedrigen Sauerstoffprozentsatz verlassen. Diese Teile an Gas, die in dem ersten Bereich freigesetzt werden, werden mit dem Sekundärgas zusammen vermischt. Die Teile des Primärgases, die als Ergebnis der Verbrennung, die in Teilen des Müllbetts nicht genug ist, einen Sauerstoffüberschuss enthalten, und dadurch sicherstellen, dass zumindest ein Teil des Kohlenmonoxids, wie oben beschrieben, verbrannt wird. Aufgrund der begrenzten Verbrennung des Müllmaterials in dem ersten Bereich, bleiben die Temperaturen in dem Müllbett relativ niedrig, und das Müllmaterial wird nur in einem begrenzten Ausmaß pyrolysiert werden. In einem folgenden Bereich, wo eine größere Menge an Sauerstoff hinzugefügt wird, führt dies zu einer guten Verbrennung und einer höheren Temperatur in dem Müllbett, als wenn die Verbrennung in dem ersten Bereich stattfindet. Da das Müllmaterial inhomogen ist und aufgrund der inhomogenen Verteilung des Müllmaterials auf dem Verbrennungsgitter, wird es immer einige Teile des Müllmaterials geben, die zu wenig Sauerstoff erhalten.
Wir vorher beschrieben, dient das Primärgas in dem ersten Bereich in erster Linie dazu, das Müllmaterial, das in den Verbrennungsapparat eingebracht wurde, zu trocknen. Um dies zu tun, wird das Primärgas, das dem ersten Bereich zugeführt wurde, bei einer Temperatur von 50°C bis 300°C, vorzugsweise von 150°C bis 300°C, eingespeist. Die Vorheizung des Primärgases für einen Müllverbrennungsapparat erfordert eine große Energiemenge, und ist insbesondere notwendig, wenn das Müllmaterial schwierig zu brennen ist. Die Vorheizung des Primärgases ist daher abhängig von dem sogenannten Heizwert des Müllmaterials. Die Präferenz für das Primärgas liegt bei einer Temperatur von etwa 100°C für den Fall eines Heizwertes von 11000 kJ pro kg, während die Temperatur des Primärgases etwa 180°C betragen sollte, für den Fall eines Müllmaterials mit einem Heizwert von etwa 7000 kJ. Diese Werte basieren auf der Verwendung von Luft als Primärgas sowohl als Vorheizungs- als auch als Entzündungsgas.
Wie vorher beschrieben, variiert das Müllmaterial, das in einem Müllverbrennungsapparat zur Verbrennung eingebracht ist, enorm, sowohl in seinem Gehalt als auch in seiner Feuchtigkeit. Was die Feuchtigkeit betrifft, die in dem Müllmaterial existieren kann, ist es wichtig, wie diese Feuchtigkeit durch das Müllmaterial verteilt ist. Wenn ein Teil des Müllmaterials relativ trocken und daher leicht brennbar ist, so wird dieser Teil sicherstellen, dass das feuchte Material, das diesen Teil umgibt, schnell trocknen und daher verbrennen wird. In der Praxis sind die trockenen und feuchten Teile des Müllmaterials nicht homogen verteilt, so dass die Verbrennung auf eine sehr unregelmäßige Weise stattfinden wird. Mit den Kombinationen von leicht brennbarem Müll und Müll, der schwer zu verbrennen ist, und Müllmaterial mit einem hohen Heizwert und dem mit einem niedrigen Heizwert, kann man sehen, dass hier deshalb verschiedene unterschiedliche Situationen vorliegen, die alle spezifische Anforderungen an die Temperatur des Primärgases stellen.
Müllmaterial, das leicht brennbar ist und einen hohen Heizwert aufweist, erfordert eine sehr niedrige Vorheizung des Primärgases. Wenn eine Luftvorheizung verwendet wird, führt dies zu einem sehr heftigen Feuer oberhalb des Müllbetts, wobei das Feuer in dem Müllbett sehr stark substöchiometrisch ist, was zu sehr hohen Lokaltemperaturen in der Verbrennungskammer führt. In diesem Fall ist eine Luftvorheizung nicht notwendig.
Müllmaterial, das leicht brennbar ist, aber einen niedrigen Heizwert aufweist, erfordert auch keine Luftvorheizung. Zudem ist das Risiko einer stark substöchiometrischen Verbrennung gering.
Müllmaterial, das nicht leicht brennbar ist und einen hohen Heizwert aufweist, erfordert Primärluft bei einer hohen Temperatur, um eine ausreichende Verbrennung des Müllmaterials einerseits zu erreichen, und andererseits wird auf Grund dessen die gegenwärtige Verbrennung des Müllmaterials leicht zu einer einfachen substöchiometrischen Verbrennung führen. Eine sorgfältige Regulierung der Temperatur des Primärgases ist daher notwendig, um die Verbrennung zu regeln.
Schließlich ist es wesentlich, vorgeheizte Luft für Müllmaterial zu haben, das nicht leicht brennbar ist und einen niedrigen Heizwert aufweist.
Im Allgemeinen können gegenwärtige Techniken nur eine einzelne Temperatur für die Primärgase bereitstellen. Dies bedeutet, dass im Allgemeinen die Primärgase vorgeheizt werden, was in vielen Fällen unter substöchiometrischen Bedingungen durchgeführt werden wird.
Von einem anderen Gesichtspunkt stellt die Erfindung wie vorher festgestellt eine verbesserte Technik bereit, wobei die Temperatur für jede Partialprimärgaszufuhr geregelt wird. Dies ermöglicht eine Regulierung, wobei die Temperatur des Primärgases, aufgrund der Zusammensetzung des Müllmaterials, nur in den Bereichen wo es notwendig ist, erhöht wird. Hierfür liegt das Primärgas, das dem ersten Bereich zugeführt wird, in einer Temperatur von 50°C bis 450°C, vorzugsweise in dem Bereich von 50°C bis 300°C, mit der stärksten Präferenz für den Bereich von 150°C bis 300°C, vor. Durch Wählen einer relativ hohen Temperatur in dem ersten Bereich kann die Beheizung der folgenden Bereiche viel geringer sein. Das Ziel ist es, eine Temperatur in dem ersten Bereich zu wählen, die so hoch ist, dass in vielen Fällen eine Vorheizung in den anderen Bereichen auf Null reduziert werden kann. Außerdem wird durch Wählen eines relativ geringen Luftstroms für den ersten Bereich (von 5% bis 15% des gesamten Primärluftstroms), relativ wenig Energie für die Vorheizung verwendet.
Die folgenden Absätze beschreiben die Erfindung, basierend auf den Darstellungen, genauer.
Die Figur zeigt einen schematischen Umriss eines Müllverbrennungsapparates gemäß der bevorzugten Ausführung der Erfindung. Der gezeigte Verbrennungsapparat weist vier verschiedene Teilgaszuführungen für Primärgas (1, 2, 3, 4) auf. Diese werden unterhalb des Verbrennungsgitters (5) eingeführt, auf dessen Oberseite sich das Müllbett (6) befindet. In der gezeigten Ausführung sind die Zufuhrleitungen für die ersten, zweiten und dritten Teilgaszuführungen des Primärgases mit einem Luftvorheizer (7, 8) ausgestattet.
Müllmaterial wird auf das Verbrennungsgitter (5) oberhalb der ersten Primärgaszufuhr (1) angeordnet, wobei es von unten durch Abgas, das von dem Müllverbrennungsapparat stammt, ausgebreitet wird. Dieses Abgas weist einen niedrigen Sauerstoffgehalt auf. Das Primärgas von der ersten Teilgaszufuhr (1) wird durch das Müllbett (6) mittels der zugänglichen Gaskanäle strömen. Das Müllmaterial, das mit einem solchen Kanal in direkten Kontakt kommt, wird stärker getrocknet als der Rest des Müllmaterials. Wenn das teilweise getrocknete Müllmaterial auf eine Position bewegt wird, wo der zweite Teil des Primärgases (2) zugeführt wird, wird sich die Flammfront praktisch sofort nach unten durch diese Kanäle fortbewegen, da dieser zweite Teil der Zuführung Sauerstoff enthält. Aus diesem Grund ist es nützlich, in gewisser Weise das Müllmaterial zu vermischen und die existierenden Kanäle zu stören, durch etwas niedrigeres Anordnen der Gitter (5) für die zweite und die nachfolgenden Bereiche, und vorzugsweise bei einer Höhe, die etwas niedriger ist als die durchschnittliche Betthöhe. Das Ergebnis dieses Vermischens ist, dass die Teile der Oberfläche, die in dem ersten Bereich (1) bereits brennen, auf dem Müllbett (6) ankommen und das Müllmaterial entzünden oder weiter trocknen, wobei das Müllmaterial in dem zweiten Bereich (2) homogener brennt. Zudem ist die Möglichkeit der Befähigung das Verfahren zu regulieren erhöht, da in diesem Fall das Gitter in dem ersten Bereich verwendet werden kann, um die Regulierung der Zufuhr für den verbleibenden Teil des Verfahrens fein abzustimmen.
Die Flammfront oberhalb des Müllmaterials wird bis zu der ersten Höhe reichen. Nahe dieser Höhe ist eine Zufuhr für Sekundärgas (9). Es ist bevorzugt, dass eine Reihe von Zuführungen (9) um die Umgebung der Einrichtung herum angeordnet sind. Die Rauchgase, die in der Flammfront innerhalb des Müllbetts gebildet werden, sind nicht aus homogenen Teilen gebildet. Aufgrund der inhomogenen Zusammensetzung des Müllmaterials, werden einige Teile gut verbrannt, und deshalb wird an diesen Stellen der Sauerstoff in dem Primärgas reagiert haben. In anderen Teilen, wo die Verbrennung nicht in einem großen Ausmaß stattgefunden hat, wird ein Teil des durch die Primärgaszufuhr zugeführten Sauerstoffs nicht reagiert haben, und daher in dem Rauchgas verbleiben. Durch Zugeben eines Sekundärgases kann eine gute Mischung aus diesen Rauchgasen erzielt werden. Durch Verwendung von Gasen mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt, wie Abgase von dem Müllverbrennungsapparat als Sekundärgase, wird eine hohe Vermischung bei der ersten Höhe erzeugt, der Spitze der Flammen, wo sich die heißeste Stelle in dem Rauch befindet, aber nur ein begrenzter Überschuss an Sauerstoff erzeugt wird, so dass die Bildung von NO_x minimiert wird. Über die Zufuhr des dritten Gases (10) an einer Position stromabwärts der Zufuhr des Sekundärgases (9) wird ein Sauerstoffträgergas mit einem adäquaten O₂-Gehalt zugeführt (vorzugsweise einem Überschuss), um das verbleibende CO und irgendwelche anderen möglichen brennbaren Müllprodukte in den Rauchgasen zu verbrennen. Da dies stromabwärts stattfindet, sind die Rauchgase homogen und bereits etwas kühler, und so ist die Bildung von nitrosen Oxiden geringer. Insbesondere die Tatsache, dass die Rauchgase jetzt bereits vermischt sind, führt dazu, dass lokale Spitzentemperaturen, die die stärkste Bildung von nitrosen Oxiden verursachen, nicht auftreten.
Die Unterteilung der Zufuhr in mehrere Bereiche, wie gezeigt in die vier Bereiche in der Darstellung (1, 2, 3, 4), die nacheinander das zu verbrennende Müllmaterial (6) durchlaufen, erzielt eine optimale Verbrennung. Dies kann insbesondere erreicht werden, da die Temperatur für jeden Bereich unabhängig reguliert werden kann. Da es in der Praxis schwierig ist, den Heizwert des Müllmaterials und dessen Entzündungsverhalten im Voraus gut genug zu beurteilen, um sich darauf zu verlassen, findet die Regulierung der Temperatureinstellung des Primärgases statt durch Verfolgen der Flammfront für jeden Bereich. Dies kann per Hand durchgeführt werden, oder über eine automatische Messung der Flammfront mit der Hilfe von Videokameras für sichtbares Licht und/oder Infrarotlicht.
Die Primärgase, die dem ersten Bereich (1) zugeführt werden, können ohne irgendein Problem eine hohe Temperatur aufweisen, da deren Sauerstoffgehalt sehr niedrig ist. Der Sauerstoffgehalt kann 0 Volumen-% oder mehr betragen. Die Verbrennung oberhalb des ersten Bereichs ist deshalb beschränkt. Die maximale Temperatur der Flammen in dem ersten Bereich wird dadurch im Verhältnis zum erhältlichen Sauerstoffprozentsatz reduziert, wobei an dem Müllgitter kein Schaden entstehen kann. Insbesondere wird ein Schaden durch Tropfen von geschmolzenem Metall, die sich an der Oberfläche des Gitters selbst anschweißen, vermieden. Mit herkömmlichen Techniken, wobei üblicherweise ein wassergekühltes Gitter verwendet wird, ist es nicht möglich, diesen Vorteil in einem derart hohen Grad zu erhalten.
Da die erhältliche Energie, die in dem ersten Bereich freigesetzt wird, begrenzt ist, weil nur eine begrenzte sauerstoffpassierende Verbrennung stattfindet, ist die Reaktion von Abgas in dem ersten Bereich auch begrenzt. Das Müllmaterial kann daher vollständig vorgetrocknet werden, ohne dass das ganze Material in dem ersten Bereich verbrannt wird. Dies führt zu einer guten Verbrennungssituation in dem zweiten Bereich, wo es möglich ist, dass eine Luftvorheizung nicht mehr notwendig ist, aber wo die Verbrennung weiterhin gut reguliert werden kann. Eine homogene Verbrennung kann insbesondere in dem zweiten Bereich erreicht werden, wenn das Verbrennungsgitter (5) an einem niedrigeren Punkt angeordnet wird, wie vorher beschrieben.
Wie bereits erwähnt, ist es bevorzugt, dass die Abgasumwälzung als Primärgas in den ersten Bereich zugeführt wird. Auf diese Weise wird das Abgas von dem Verbrennungsapparatrauchabzug nach dem Durchlaufen eines Staubfilters (11) zu dem ersten Bereich umgewälzt. Der Sauerstoffprozentsatz und die Temperatur sind in diesem Fall einigermaßen fest fixiert (abhängig von der Verfahrensauslegung) und können nicht für die aktuelle Steuerung des Verbrennungsverfahrens verwendet werden. Die Menge (der Fluss) an Primärgas in den ersten Bereich ist über einen weiten Bereich sehr einfach zu variieren.
Andere Möglichkeiten zur Anwendung des ersten Primärteils der Gaszufuhr sind beispielsweise die Verwendung von Abgasen von Gasbrennern, gasbetriebenen Boilern, Gasmotoren oder Gasturbinen. Insbesondere wichtig ist die Verwendung von Gasmotoren auf der Grundlage von erhältlichem Abgas wie dem biologischen Gas, das aus einer Fermentierung resultiert, das beispielsweise durch Reinigen von Abwasser erzeugt wird. Da in diesem Fall die Wärme von den Abgasen von dem Motor auch effizient verwendet werden, erhöht sich der Wirkungsgrad deutlich verglichen mit dem herkömmlichen getrennten Aufbau das Biogasmotors, wobei nur die erzeugte Elektrizität und Wärme von dem Kühlwasser verwendet wird.
Die daraus herrührenden Abgase können mit Luft von außen vermischt werden, um die erforderliche Temperatur kombiniert mit dem erforderlichen Sauerstoffprozentsatz zu erhalten, wobei ein bestimmter Prozentsatz an Sauerstoff weiterhin zu diesen Gasen hinzugefügt wird. Die Menge an Luft, die zu den Abgasen von außen hinzugeführt wird, hängt von der Temperatur ab, die für das Primärgas in dem ersten Bereich notwendig ist. Im Allgemeinen wird diese von 100°C bis 270°C reichen. Für den Fall von Abgasen von einem Gasboiler wird ein Teil der Hitze des Abgases wiedergewonnen, wobei dieses Gas eine abgesenkte Temperatur aufweisen wird, wenn es dem ersten Bereich zugeführt wird. Der Sauerstoffprozentsatz in diesem Fall wird 0% bis 15% betragen. Zusätzlich wird die Wiedergewinnung der Wärme von der Verbrennung des Gases in dem Gasboiler zu einem höheren Wirkungsgrad der gesamten Einrichtung führen. Abgas von einer Gasturbine kann ebenfalls in einer geeigneten Weise verwendet werden. Insbesondere in dem Fall von Abgasen von einer Gasturbine oder einem Gasmotor, können diese eine Temperatur von mehr als 270°C, beispielsweise 450°C oder höher aufweisen. Wenn der Müll etwas Feuchtigkeit enthält, und der Fluss in dem ersten Primärbereich nicht zu hoch ist, kann die Pyrolyse selbst mit diesen Temperaturen begrenzt werden, so dass ein ausreichender Heizwert in dem Müll verbleibt, um eine gute Verbrennung in dem nachfolgenden (zweiten) Bereich zu erhalten. Mischen mit Kaltluft oder kühlerem Umwälzabgas ist genauso gut möglich. Die Erfindung ist daher auch an ähnliche Fälle anpassbar, wobei die Temperatur der Primärgaszufuhr höher ist als 300°C.
Die Abgase von dem Müllverbrennungsapparat, wie in der Figur gezeigt, die extrahiert werden, nachdem sie den Staubfilter (11) durchlaufen haben, liegen bei einer Temperatur von 100°C bis 270°C vor. Ein Problem, das bei der Verwendung ähnlicher Abgasumwälzung auftreten kann, ist eine Korrosion an „kalten Punkten" und die Auswaschung der Umwälzungsgase nach außen an Stellen, wo ein hoher Druck vorliegt. Aufgrund der Temperatur der Umwälzungsgase ist eine ähnliche Korrosion als Ergebnis der Kondensation des Umwälzungsgases in den Leitungen, die Gas zu dem Verbrennungsbereich zuführen, beispielsweise unterhalb des Verbrennungsgitters (5), möglich. Gemäß der bevorzugten Implementierung ist es am besten, die Zufuhr des ersten Teils des Primärgases (1) in einem Gehäuse (12) einzuschließen, das wie in 2 gezeigt mit Gasen versorgt werden wird. Dies macht eine gute Isolierung möglich. Zudem wird eine beliebige Auswaschung der Umwälzgase in diesem Gehäuse (12) nicht zu direkten Problemen in dem ungebenden Bereich führen, da die ausgewaschenen Gase in dem Gehäuse (12) aufgenommen und verdünnt werden. Diese Gase können dann auf dem Verbrennungsbereich geleitet werden. Wie in 2 gezeigt, wird der zweite Teil der Zufuhr des Primärgases verwendet, um die Umgebung der Zufuhr des ersten Teils der Gaszufuhr (1) bei der benötigten höheren Temperatur zu halten, so dass keine Kondensation stattfinden kann. Die Zufuhr (1) und insbesondere der Trichter unter dem Gitter (5) für den ersten Bereich sind wie in 2 gezeigt, in diesem Fall in einem Gehäuse (12) angeordnet, das bei einer Temperatur gehalten wird, die durch den zweiten Teil der Gaszufuhr reguliert wird, und die auch bei einem höheren Druck gemäß einer weiter empfohlenen Implementierung gehalten werden kann. Da diese Zufuhr des ersten Teils des Gases isoliert ist und von der Luft umgeben ist, die durch einen Luftvorheizer vorgeheizt ist, können durch diese Konstruktion kalte Brücken verhindert werden. Wenn dieser Luftvorheizer der Heizer des zweiten Teils der Primärgaszufuhr (1) ist, sollte dieser Heizer kontinuierlich bei einer ausreichend hohen Temperatur arbeiten. Falls notwendig, kann eine Umgehungsleitung in diesem Fall vorgesehen sein, wobei das Primärgas, das dem zweiten Bereich zugeführt wird, nicht den Luftvorheizer (7) durchläuft. Es ist auch möglich, unter Verwendung eines Steuerventils, eine Verbindung zwischen der vorgeheizten Luft, die von dem Gehäuse kommt, und dem Trichter für den ersten Teil der Gaszufuhr bereitzustellen, um sauerstoffreiche Luft dem ersten Teil der Zufuhr hinzuzufügen.
Das Abgas, das zur Umwälzung verwendet wird, sollte vorzugsweise von dem Müllverbrennungsapparat über einen Beutelfilter oder einen elektrostatischen Filter (11) abgezogen werden, so dass die Staubmenge in dem Umwälzungsgas niedrig ist, und keine Probleme mit in den Rohren auftretenden Ablagerungen auftreten. Die Temperatur des Umwälzgases beträgt 170°C bis 270°C, vorzugsweise in dem Bereich von 190°C und 230°C. Diese Temperatur muss hoch genug sein, um Probleme mit der Kondensation der Abgase zu verhindern, aber auch niedrig genug sein, um durch übliche Beutelfiltermaterialien behandelt zu werden, beispielsweise einer speziellen katalytischen Schicht auf dem Beutelfiltermaterial. Mittels einer Einspritzung eines herkömmlichen und gut bekannten Ammoniaks in den ersten Zug des Abgasauslasses (SNCR) ist bei dieser Temperatur eine katalytische Umwandlung von NO_x mit NH₃ möglich, in Verbindung mit einer Zerlegung von Dioxin/Furan.
Die Primärluft für den ersten Bereich wird reguliert, um das Feuer in den zweiten und dritten Bereichen zu steuern. Der Bereich der Gaszufuhr über den ersten Bereich muss etwa 2,5% bis 25% der Gesamtmenge an Primärgas betragen. Für normalen Haushaltsmüll mit einem Heizwert von etwa 10000 kJ/kg sind 10% der Gesamtmenge genug, um das Müllmaterial durch die hohe Temperatur der verwendeten Umwälzgase gut zu trocknen. Für den Fall einer guten Verbrennung (ein kurzes heftiges Feuer in dem zweiten Bereich und ein geringer Prozentsatz an verbleibendem Material) ist das Trocknungsverfahren mehr als gut und die Menge der Gaszufuhr kann auf 5% verringert werden. Für den Fall, wo der Müll nicht ausreichend verbrennt, kann die Menge auf bis zu 20% erhöht werden.
Das Verbrennungsgitter (5) in dem ersten Bereich, auf dem das zu verbrennende Müllmaterial (6) anfänglich angeordnet wird, muss nicht mit einer Wasserkühlung ausgestattet sein. Wenn eine Wasserkühlung verwendet wird, kann eine Kondensation von Wasser aus dem umgewälzten Gas insbesondere auf den gekühlten Teilen auftreten. Wie vorher erwähnt, weisen die Umwälzgase einen sehr niedrigen Sauerstoffgehalt aber eine relativ hohe Temperatur auf, so dass praktisch keine Verbrennung in dem Müllmaterial oberhalb des ersten Bereichs auftritt. Zusätzlich können aufgrund des niedrigen Sauerstoffgehalts (zumindest niedriger als 20 Volumen-%) Flammtemperaturen bis zu einem Maximum von 500°C existieren, wenn der Sauerstoffgehalt niedriger als 10 Volumen-% ist. Aufgrund des niedrigen Sau erstoffgehalts und der niedrigen Temperatur kann die Flammfront jedoch kaum nach unten kriechen. Dies bedeutet, dass eine Beschädigung des Verbrennungsgitters (5) in dem ersten Bereich durch Überhitzung des Gitters nicht auftreten kann.
Das Müllmaterial von dem ersten Bereich, das den zweiten Bereich erreicht, ist jedoch sehr gut getrocknet und leicht verbrennbar. Wenn dieses Müllmaterial den zweiten Bereich erreicht, wird eine Primärluftzufuhr mit einem normalen Sauerstoffgehalt hinzugefügt. Dies bewirkt, dass die Flammfront sich praktisch sofort nach unten bewegt. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass das Verbrennungsgitter in dem zweiten Bereich (5) wassergekühlt ist. Aufgrund des Sauerstoffgehalts als auch der guten Vermischung des Sauerstoffs und des zu verbrennenden Müllmaterials wird ein sehr heftiges Feuer in dem Verbrennungsbett auftreten, das bis zum Gitter (5) hinaufbrennt. Aufgrund der partiellen Pyrolyse als ein Ergebnis der hohen Temperatur des Primärgases, verlieren in dem ersten Bereich die sehr leicht brennbaren Teile des Müllmaterials (insbesondere synthetische Materialien) bereits einen Teil ihrer Heizwerte und die Spitzentemperaturen in den zweiten und dritten Bereichen sind niedriger als in dem Fall, wo das Müllmaterial in dem ersten Bereich vollständig verbrannt wird, wie es der übliche Fall ist, wenn sauerstoffreiche Luft verwendet wird. Die Wärme, die das Gitter (5) absorbiert und an das Kühlwasser abgibt, wird auf eine geeignete Weise wieder verwendet.
Wenn die Verbrennung in den zweiten und dritten Bereichen sehr gut verläuft, kann das Primärgas für die zweiten und dritten Bereiche ohne irgendeine weitere Luftvorheizung (7, 8) verwendet werden, wodurch Gitter- und Flammtemperatur erniedrigt werden als auch die NO_x-Bildung verringert wird. Für normalen Hausmüll (9000 bis 11000 kJ/kg) wird dies im Allgemeinen der Fall sein, wenn das Müllmaterial (6) in dem ersten Bereich mit der Hilfe von Umwälzgas vorgetrocknet wird. Das Gas, das den zweiten und dritten Bereichen zugeführt wird, kann daher Frischluft sein, die direkt von außen zugeführt wird. Wie auch hierdurch die Energieeinsparung erzielt wird, so hat es auch den Vorteil, dass wenn die Luft kalt ist, die Luftgeschwindigkeit für eine gleiche Zufuhr an Sauerstoff niedriger sein wird, wobei weniger Rauchstaub erzeugt werden wird.
Wie vorher beschrieben, muss die Menge an Sauerstoff, die über die zweiten und dritten Bereiche zu dem zu verbrennenden Müllmaterial (6) zugeführt wird, annähernd stöchiometrisch oder etwas geringer sein (von 0,8 bis 1,0 Mal der Menge an Sauerstoff, die für die Verbrennung notwendig ist). Abhängig von der Art des Müllmaterials müssen zu den zweiten und dritten Bereichen für jeden einzelnen Bereich etwa 15% bis 40% der Gesamtmenge der primären und dritten Gaszufuhr zugeführt werden. Die Präferenz ist, dass die Menge an Luft, die zu den zweiten und dritten Bereichen zugeführt wird, etwa 25% bis 30% der Gesamtgasmenge beträgt, die als die primäre und dritte Luftzufuhr verwendet wird. Das Ergebnis davon ist, dass die größte Hitze sich in dem Müllbett selbst entwickelt. Der Kohlerückstand, das heißt der Prozentsatz an unverbranntem Kohlenstoff, wird daher verbessert, und aufgrund der hohen Temperaturen wird ein Maximum an Schwermetallen aus der resultierenden Schlacke ausgetrieben. Die Qualität der resultierenden Schlacke wird daher wegen der guten Trocknung in dem ersten Bereich verbessert. Wie vorher erwähnt, sollte das Gas, das für die zweiten und dritten Bereiche verwendet wird, vorzugsweise nicht vorgeheizt werden, und für den Fall einer ausreichend guten Zufuhr an Müllmaterial, das daher vorgetrocknet sein kann, um eine rasche Verbrennung in dem zweiten Bereich zu erreichen, kann falls erforderlich, ein Luftvorheizer (7, 8) weggelassen werden. Im Gegensatz zu dem vorher erwähnten Patent DE 3915992 A1 ist es nicht ratsam, auch einen zugeschnittenen Sauerstoffgehalt in dem Hauptverbrennungsbereich zu verwenden, da die Verbrennung hier in jedem Fall auf eine substöchiometrische Weise verläuft.
Der letzte Bereich, zum Beispiel ein vierter Bereich oder selbst möglicherweise ein fünfter Bereich oder sogar ein weiterer Bereich, wenn mehrere ähnliche Bereiche verwendet werden, ist ein endgültiger Verbrennungs- und Kühlbereich, der nur 5% bis 15% der Gesamtmenge an Gas erhält. Umgewälztes Gas kann hier eventuell verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass das CO₂ und H₂O, das in dem umgewälzten Gas enthalten ist, und falls notwendig mit zusätzlichem Wasser ergänzt ist, mit dem Calcium in der Schlacke reagiert, wobei dies durch einen schnellen Alterungsprozess abläuft und dabei ein niedriger pH-Wert bei einer beliebigen späteren Auswaschung vorliegt. Auf diese Weise wird die Qualität der Schlacke verbessert, da eine geringere Auswaschung erfolgt. In Zeiten, wenn die Verbrennung in dem Hauptverbrennungsbereich nicht sehr gut verläuft, kann es nützlich sein, zeit weise einen erhöhten Sauerstoffgehalt direkt nach dem Hauptverbrennungsbereich zu verwenden, um eine gute Verbrennung der unteren Ascheschicht zu bewirken.
Um den behaupteten niedrigen Sauerstoffgehalt in dem Sekundärgas zu erhalten, ist es bevorzugt, umgewälztes Gas zuzuführen, das heißt Abgas von dem Verbrennungsgas von dem Verbrennungsapparat als Sekundärgas.
Für die dritte Luftzufuhr liegt die Präferenz bei dem Prozentsatz von 5% bis 30% der Gesamtmenge der zugeführten Luft, vorzugsweise von 10% bis 20%.
Wenn die Höhe der Flammen oberhalb des Müllbetts (6) aufgrund einer inadäquaten Verbrennung oder unzureichenden Entzündung absinkt, ist es bevorzugt, die Menge der dritten Luftzufuhr zu verringern, oder sie möglicherweise vollständig abzustellen, um den zunehmenden Sauerstoffprozentsatz in den Rauchgasen, der das Ergebnis einer nicht adäquaten Verbrennung ist, zu korrigieren.
Um die Feuerkapazität, die Position des Hauptverbrennungsbereichs und den Umfang, in dem das Müllmaterial an dem Ende des Gitters verbrannt wird, zu regulieren, sind die folgenden Steuergrößen erhältlich:

– die Menge von zu dem Gitter zugeführten Müllmaterial
– der Transport des Müllmaterials auf dem Gitter
– die Menge der jedem Bereich zugeführten Luft
– die Lufttemperatur in jedem Bereich
– der Sauerstoffgehalt in dem ersten Bereich.

Dies bedeutet, dass es eine große Anzahl an möglichen Kombinationen gibt. Es ist bevorzugt, den Mülltransport als den primären Regulierer für die Kapazität der Anlage zu verwenden. Die Zufuhr von Müllmaterial zu dem Gitter muss eingestellt werden, um eine gute Schichtdicke zu erhalten. Hinsichtlich der Erzeugung von niedrigen Emissionen ist es nicht empfehlenswert, die Luftmenge in dem Hauptverbrennungsbereich zu regulieren, da dies die Stöchiometrie und daher das Gleichgewicht der Verbrennung durcheinander bringen würde. Nur Einstellungen kleiner als etwa 10% dieses Flusses oder langsame Einstellungen, die nicht schneller sind als die Zufuhr von Müllmaterial zu dem Verbrennungsbereich, sind hier möglich, um die Kapazität und die Position des Feuers zu beherrschen. Mit der individuellen Regulierung der Temperatur in jedem Bereich, wie in Anspruch 2 vorgeschlagen, ist es möglich, zeitweise einen lokalen Mangel an Verbrennung in dem Hauptverbrennungsbereich zu unterstützen, ohne die Menge der Luftzufuhr anzupassen. Was den Energieverbrauch betrifft, zielen die Begrenzung der Bildung an NO_x und der negative Einfluss auf den Mülldurchsatz darauf ab, die nominale Lufttemperatur in dem Hauptverbrennungsbereich so niedrig wie möglich zu halten. Diese kann gesteuert werden durch Beeinflussen des Trocknungsprozesses in dem ersten Bereich. Hierfür wird grundsätzlich ein feststehender, so niedrig wie möglicher Sauerstoffprozentsatz, und eine hohe Temperatur in der ersten Primärgaszufuhr angepeilt. Auf diese Weise wird die erste Primärgaszufuhr die primäre Regulierungsgröße für das Trocknen des Müllmaterials. Dieser Fluss wird derart reguliert, dass eine gute Verbrennung in dem zweiten Bereich stattfindet, aber nicht mehr als benötigt wird, um eine zu heftige Verbrennung zu verhindern.
Aus der obigen Information kann ersehen werden, dass die Erfindung eine wesentlich verbesserte Technik zum Verbrennen von Müllmaterial in einem Müllverbrennungsapparat bereitstellt. Die zusätzlichen Investitionen, die notwendig sind, für die Umwälzung des Abgases und den komplexeren Aufbau für die Zufuhr der Umwälzgase zu dem ersten Bereich, werden kompensiert durch die Tatsache, dass die Abgasreinigung in einem kleineren Maßstab durchgeführt werden kann, und der Tatsache, dass viel weniger Energie für die Vorheizung des Primärteils der Gaszufuhr benötigt wird. Die Vorteile werden insbesondere erreicht, da die Verbrennung besser ist, und da dies zu einer Ascheschicht einer besseren Qualität führt. Zudem gibt es einen Vorteil dahingehend, dass Müllmaterial mit einem weiten Bereich an Heizwerten (von 5000 bis 16000 kJ/kg) mit einer Verbrennung verarbeitet werden kann, die leicht beherrschbar ist. Aufgrund der guten Vorheizung in dem ersten Bereich können eine konstantere Flammtemperatur und Flammhöhe erreicht werden, wodurch Maxima und Minima in der Dampfproduktion vermieden werden können. Alle diese Maßnahmen führen zu einer verbesserten Energieeffizienz. Dies ermöglicht es, einen Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung von zumindest 30% brutto/25% netto, 33% brutto/29% netto mit verbesserter Leistung, oder 36% brutto/33% netto mit der besten Leistung zu erzielen, wenn ein wie in der vorliegenden Erfindung beschriebe nes Verfahren mit einem Verfahren kombiniert wird, wie diejenigen, die in den Patentanmeldungen von den gleichen Erfindern beschrieben sind, die zusammen mit dieser Patentanmeldung eingereicht werden. Zudem wird der NO_x-Gehalt verringert, zunächst durch die niedrigere Temperatur in dem Verbrennungsapparat und zweitens durch den katalytischen Staubfilter, der an diese Technik effektiv angewandt werden kann.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die in den Figuren und der obigen Beschreibung gezeigte Ausführung, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche.

Claims

Verfahren zur Müllverbrennung in einem Verbrennungsapparat mit den Schritten: Zuführen von Müll zu einem Verbrennungsbereich, der ein Verbrennungsgitter enthält, wobei der Müll zu einer ersten Seite des Verbrennungsgitters zugeführt wird und während des Verfahrens zu einer zweiten Seite bewegt wird, Zuführen eines Primärgases von unten durch das Verbrennungsgitter und den darauf angeordneten Müll, um den Müll in einem Verbrennungsbereich, der sich von dem Verbrennungsgitter zu einer ersten Stufe oberhalb des Verbrennungsgitters erstreckt, zumindest teilweise zu verbrennen, wobei der Verbrennungsbereich zumindest zwei Bereiche aufweist, und der Müll zu einem ersten Bereich zugeführt wird, und wobei während des Verfahrens der Müll zu einem nachfolgenden verbundenen Bereich bewegt wird; ein erstes Partialprimärgas zu dem ersten Bereich mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 20 Vol.% und einer Temperatur von 50°C bis 450°C, vorzugsweise von 50°C bis 300°C, zugeführt wird, und ein nachfolgendes Partialprimärgas zu dem zumindest einen nachfolgenden Bereich zugeführt wird; und dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur für jede einzelne Partialprimärgaszufuhr gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Partialprimärgaszufuhr Abgas von einem Verbrennungsapparat enthält, vorzugsweise Abgas von einem Müllverbrennungsapparat, einem Gaskessel, einem Gasdruckerzeuger oder einer Gasturbine, wobei Abgas von einem Müllverbrennungsapparat am vorteilhaftesten ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der ersten Partialprimärgaszufuhr, soweit diese Abgas aus einem Verbrennungsapparat enthält, durch ein Gehäuse eingeschlossen ist, und das Gehäuse mit Gasen einer Temperatur und/oder einem Druck, die gleich oder höher sind als die Temperatur oder der Druck der ersten Primärgaszufuhr, versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas von einem Verbrennungsapparat gefiltert wird, vorzugsweise durch einen Staubfilter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Sekundärgas nahe der ersten Stufe oberhalb des Verbrennungsgitters zugeführt wird und ein drittes Gas bei einer zweiten Stufe oberhalb der ersten Stufe zugeführt wird, wobei das Sekundärgas einen Sauerstoffgehalt von < 20 Vol.% aufweist, und das dritte Gas einen höheren Sauerstoffgehalt als das Sekundärgas aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärgas Abgas von einem Müllverbrennungsapparat enthält.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Gas Außenluft enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärgas in dem ersten Bereich einen Sauerstoffgehalt von 0% bis 15%, vorzugsweise von 0% bis 10% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärgas über zumindest drei Partialzufuhren zugeführt wird, wobei zumindest: – eine erste Partialgaszufuhr einen O₂-Gehalt von 0% bis 15% aufweist und 2% bis 25% der Gesamtmenge des Primärgases bildet; – eine oder mehrere Partialgaszufuhren 15% bis 90% der Gesamtmenge an Primärgas bilden; und – eine letzte Partialgaszufuhr 5% bis 25% der Gesamtmenge an Primärgas bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit Gasen von einer nachfolgenden Partialprimärgaszufuhr versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase von dem Gehäuse anschließend dem Verbrennungsbereich zugeführt werden, beispielsweise durch deren Vermischen mit der ersten Partialprimärgaszufuhr.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase von dem Gehäuse anschließend einem nachfolgenden Verbrennungsbereich, beispielsweise über eine Seitenwandung oder als Sekundärgas in dem Heizkessel, als Verbrennungsgas zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit Gasen bei einer Temperatur von mindestens 150°C versorgt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung für die Zufuhr von Rezirkulationsgasen in einer Leitung eingeschlossen ist, die mit Gasen bei einer Temperatur und/oder einem Druck, die gleich oder höher sind als die der ersten Partialprimärgaszufuhr, versorgt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Partialgaszufuhr gesteuert wird, um die Verbrennung in dem verbundenen Hauptverbrennungsbereich hauptsächlich durch Variieren des Ausflusses der ersten Partialprimärgaszufuhr zu beeinflussen, und der Sauerstoffgehalt und/oder die Temperatur nachfolgend oder gleichzeitig variiert wird.
Müllverbrennungsofen für eine Müllverbrennungsapparatur, bestehend aus einem Verbrennungsgitter (5) für den zu verbrennenden Müll (6), Mitteln zum Bewegen des zu verbrennenden Mülls von einer ersten zu einer zweiten Seite, Primärgaszuführungsmitteln (1, 2, 3, 4) unterhalb des Verbrennungsgitters, Sekundärgaszuführungsmittel (9) bei einer ersten Stufe oberhalb des Verbrennungsgitters und Tertiärgaszuführungsmittel (10) bei einer zweiten Stufe oberhalb des Verbrennungsgitters und oberhalb des Sekundärgaszuführungsmittels, wobei das Sekundärgaszuführungsmittel mit einem Abgasauslass von der Müllverbrennungsapparatur verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler und ein Heizer zur Steuerung jeder einzelnen Primärgaszufuhrtemperatur vorgesehen sind.
Müllverbrennungsofen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärgaszuführungsmittel mit einem Abgasauslass von einem Gasbrenner, einem Gaskessel, einem Gasdruckerzeuger, einer Gasturbine, einer Kanalisationsabwasserkläranlage oder einem Biogasdruckerzeuger verbunden ist.
Müllverbrennungsofen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärgaszuführungsmittel aus zumindest zwei getrennten Zuführungen besteht, wobei das erste Primärgaszuführungsmittel nahe der ersten Seite unterhalb des Verbrennungsgitters angeordnet ist, und das zweite Primärgaszuführungsmittel nahe der zweiten Seite unterhalb des Verbrennungsgitters angeordnet ist, und das erste Primärgaszuführungsmittel mit einem Abgasauslass von einer Müllverbrennungsapparatur verbunden ist.