EP0302910A1 - Verbrennung von kohle mit einer wirbelschichtfeuerung. - Google Patents

Verbrennung von kohle mit einer wirbelschichtfeuerung.

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EP0302910A1
EP0302910A1 EP88901248A EP88901248A EP0302910A1 EP 0302910 A1 EP0302910 A1 EP 0302910A1 EP 88901248 A EP88901248 A EP 88901248A EP 88901248 A EP88901248 A EP 88901248A EP 0302910 A1 EP0302910 A1 EP 0302910A1
Authority
EP
European Patent Office
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fluidized bed
furnace
flue gas
combustion
steam generator
Prior art date
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EP88901248A
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English (en)
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EP0302910B1 (de
Inventor
Hermann Bruckner
Lothar Stadie
Gerhard Scholl
Karl-Ewald Stoll
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Saarbergwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Saarbergwerke AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/30—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0069—Systems therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/30—Halogen; Compounds thereof
    • F23J2215/301—Dioxins; Furans

Definitions

  • the invention relates to a process for the combustion of coal and / or waste materials containing organic substances, such as household waste, industrial waste and the like, using a fluidized bed combustion with an average combustion temperature of approx. 800 ° C., and a combustion plant for carrying out the process .
  • Fluid bed furnaces have long been state of the art in numerous designs for a wide variety of applications.
  • the main advantages can be seen in the fact that, in contrast to other types of firing, low-quality fuels with a high ballast content, e.g. Ballast coal or processing exits, which are a by-product of hard coal processing, or other organic substances, such as in particular household waste, industrial waste and the like, can be burned in a wide variety of compositions.
  • ballast coal or processing exits which are a by-product of hard coal processing, or other organic substances, such as in particular household waste, industrial waste and the like, can be burned in a wide variety of compositions.
  • the fluidized bed combustion is its comparatively environmental friendliness, since at the relatively low combustion temperatures of approximately 800 ° C it is almost No nitrogen oxides are formed and other pollutants, such as sulfur oxides, can already be largely bound in the fluidized bed by adding suitable adsorbents, such as limestone.
  • the fluidized bed firing is characterized by a homogeneous temperature distribution in the fluidized bed, so that a good burnout is ensured, in particular when burning less homogeneous waste materials containing organic substances, such as household or industrial waste.
  • the aim is therefore to reduce the pollutant emissions from the outset by so-called primary measures which affect the combustion plants themselves, for example by low-NOx burners or by using fluidized-bed firing with heat exchanger heating surfaces.
  • the invention is based on the object of developing a method and a system which ensure that, on the one hand, the formation of highly toxic dioxins is prevented during the combustion of waste containing organic substances, but which, on the other hand, also ensure that only coal is burned, that no large amounts of nitrogen oxides are formed at all, so that downstream DENOX systems for flue gas treatment become superfluous.
  • the invention succeeds in rendering highly toxic dioxins, which are known to oxidize to non-toxic organic substances at temperatures above 900 ° C., preferably between 1,000 and 1,200 ° C., harmless.
  • the flue gases from the fluidized bed furnace can be heated to a temperature of at least 900 ° C. either directly, for example by mixing with a hot gas, or indirectly by supplying heat by means of a suitable heat exchanger.
  • the waste materials to be burned can also be mixed with other organic substances, such as Hard coal or lignite are burned, in which case the entire amount of smoke gases to be heated to the minimum temperature of 900 ° C.
  • Such a procedure should always prove to be useful if a larger fluidized bed system is already in operation at an existing location.
  • the fluidized bed firing used in the method according to the invention is used without immersion heating surfaces, i.e. without heat exchanger surfaces in the fluidized bed, whereby the temperature can be regulated by regulating the material turnover.
  • the gas-side upstream of a fluidized-bed furnace can reduce the NOx emission on the primary side much more than in all other known processes.
  • the use of a fluidized bed chamber without built-in heat exchanger heating surfaces makes it possible to work with a reducing, ie low-oxygen, fluidized bed without having to fear cooling of the fluidized bed.
  • Can also be used for cooling the Surrounding walls can be dispensed with. The nitrogen oxide formation can thereby be reduced further.
  • the heat generated is discharged from the fluidized bed furnace by means of the flue gas and can be given off, for example in the downstream industrial boiler, together with the heat generated there, to a steam circuit or another heat consumer.
  • a steam circuit or another heat consumer To regulate the temperature in the fluidized bed furnace to a constant temperature level of, for example, 800 ° C., it proves to be expedient to return a portion of the cooled and possibly already cleaned flue gases from the downstream industrial boiler as cooling medium to the fluidized bed furnace continuously.
  • the fluidized bed furnace can also be cooled by fluidized bed material which is continuously introduced into the fluidized bed furnace. If the fluidized bed combustion is operated in combination with the steam generator of a power plant, it proves to be advantageous to use the coarse ash produced in the boiler of the steam generator as a fluidized bed material. After it has been reduced in size by friction, the coarse ash is then removed as fly ash together with the flue gas. This procedure has the advantage that not only the flue gas, but also the bed ash is introduced into the downstream steam generator and is exposed there to the desired high temperatures, so that no toxic components can be discharged from the fluidized bed furnace via the bed ash either.
  • part of the coarse fly ash obtained in the electrostatic filter of the power plant can of course also be used as the fluidized bed material. If there is no heat source or no industrial boiler for the high-temperature treatment of the flue gases and the fly ash of the fluidized bed system in the case of the increase in the cost of organic waste, it is also possible in this case, according to another feature, to use the waste materials to only partially burn in the fluidized bed with a lower air supply to CO, ie to gasify, and then to further burn the CO-containing gasification product in a downstream furnace at correspondingly higher temperatures to form CO 2. In this case too, it is possible to convert the toxic dioxins carried in the gasification product of the fluidized bed system into harmless products at the correspondingly high temperatures.
  • FIGS. 1 and 2 Further explanations of the invention can be found in the exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 1 and 2.
  • Fig. 2 A furnace according to the invention using the example of a steam generating plant.
  • FIG. 1 schematically shows a fluidized bed furnace 1 with a fluidized bed 11, in which organic waste materials fed via line 12, to which coal can optionally be added via line 13, are burned at an average combustion temperature of approximately 800 ° C.
  • the fluidized bed furnace 1 is on the flue gas side with coal dust 21 - with supply of fresh air 22 - fired steam generator 2, for example a coal-fired power plant, connected downstream.
  • the smoke gases from the fluidized bed furnace 1, including fuel particles and ash particles which are entrained, are introduced into the steam generator 2 below the furnace zone 23 via line 14.
  • the introduced flue gases from the fluidized bed 1 at temperatures above 900 "C, to temperatures vorzugswei ⁇ e zwi ⁇ chen 1000 ° C and 1200 C ⁇ heated.
  • pollutants such as dioxins which have arisen in the fluidized bed furnace 1 and are carried in the flue gas are destroyed.
  • ⁇ cher 5 possibly further cooled, cleaned in a flue gas scrubber 4 and largely discharged into the atmosphere via line 41.
  • a portion of the flue gases is branched off - either via line 42 in front of the flue gas scrubber 4 or via line 43 after the flue gas scrubber 4 and returned to the fluidized bed 11 via line 44 and a pressure-increasing blower 26 together with fresh air drawn in via line 27.
  • the combustion temperature of about 800 ° C. aimed at in the fluidized bed furnace 1 can be maintained via the amounts of the fuel supplied, the fresh air drawn in and the recirculated flue gas, it being expedient to limit the flow velocity in the fluidized bed 11 can be a part of the recirculated cold flue gases exclusively for the purpose of heat dissipation from the vortex Initiate ⁇ layer furnace 1 via line 45 above the fluidized bed 11 into the fluidized bed furnace 1.
  • the coarse ash is separated from the ash drawn off from the steam generator 2 via line 28 and is returned as line material into the fluidized bed 11 via line 29, possibly after additional cooling.
  • the coarse surface is gradually shredded and entrained into the steam generator 2 together with the smoke gases as flue dust.
  • the coarse-grained fraction can be separated from the fly ash separated in the electrostatic filter 3 and returned to the fluidized bed 11 via lines 31 and 29.
  • the medium and fine-grained fractions are withdrawn via line 32.
  • FIG. 2 shows in a schematic representation the example of a steam generator system according to the invention.
  • This consists of a steam generator 2, which in the embodiment is equipped with a coal dove firing 30.
  • the circumferential walls 40 of the steam generator 2 are designed as tube walls and are connected in a manner known per se together with the other heat exchanger heating surfaces 24 of the steam generator 2 to a water vapor circuit (not shown further here).
  • a dust filter 3, a suction fan 10 and a flue gas desulfurization system 4 are connected to the smoke gas line 9 leaving the steam generator 2 and leading to the chimney 8.
  • a fluidized bed furnace 1 with a stationary fluidized bed 11 is connected upstream of the steam generator 2 on the gas side. Its nozzle base 15 is connected to a gas line 16, which is connected with one branch to the part of the flue gas line 9 leaving the flue gas desulfurization system 4 and with another branch to a fresh air suction opening 17.
  • a gas compressor 18 is installed for generating the necessary pressure difference on the nozzle base 15.
  • a control valve 19, 20 is installed in each of the branch of the gas line 16 leading to the flue gas line 9 and to the branch leading to the fresh air intake opening 17.
  • the fluidized bed furnace 1 is also connected to the flue gas line 9 above the stationary fluidized bed 11 via an additional gas line 42. This branches off from the flue gas line 9 immediately behind the induced draft fan 10.
  • a control valve 6 is also installed in this additional gas line.
  • the fluidized bed furnace 1 is connected to a fuel supply line 53, which in turn is connected to a coal bunker 54 and a lime bunker 55.
  • the exhaust line 56 of the fluidized bed furnace 1 opens at the lower end of the steam generator 2.
  • the burner 57 of the coal dust furnace 30 is installed in the peripheral wall 40 of the steam generator 2.
  • the burner 57 is connected to a coal bunker 59 via a fuel line 58 and to a fresh air blower 33 via a fresh air line.
  • the steam generator system can also be equipped with a further auxiliary line 63, indicated by dashed lines, which on the one hand connects to the gas line 16 directly in front of the gas compressor 18 and connects it to the fresh air line 22 of the steam generator 2.
  • a smoke duct fan 34 is installed in this auxiliary line 63.
  • the carbon particles introduced into the fluidized bed furnace 1 oxidize in the fluidized bed 11, carbon monoxide predominantly being produced as a result of the substoichiometric addition of oxygen.
  • the sulfur contained in the fuel is still bound to gypsum in the fluidized bed 11 by the lime added to the coal and is removed with the ash in a manner not shown here.
  • the previously required to integrate the sulfur Oxidation of the same limits the extent of the sub-stoichiometric addition of oxygen in the fluidized bed 11.
  • the formation of nitrogen oxides can not only be stopped, but even to a small extent, by adding larger amounts of flue gases via the additional gas line 42 Reduce SiOxides already formed.
  • the temperature in the fluidized bed furnace 1 can be lowered by the addition of cool flue gases, and the rate of formation of nitrogen oxides can be further reduced in this way.
  • the fluidized-bed firing 1 is carried out without a cooled peripheral wall and without any other heat exchanger heating surfaces. As a result, local temperature drops in the fluidized bed 11 are avoided, which could otherwise result in the loss of turnover in the fluidized bed 11.
  • the introduction of smoke gas via the additional line 42 has the effect that the calorific value of the exhaust gas from the fluidized bed furnace 1, which is fed into the steam generator 2 via the exhaust line 56, is reduced significantly. This in turn leads to a lower firing temperature of these gases in the steam generator 2 and also reduces the nitrogen oxide formation there.
  • the Kohlen ⁇ taubbrenner 57 is foundedseit ⁇ turn Voraus ⁇ requisite for stronger admixture of flue gases from the steam generator 2 • to the exhaust gases of the fluidized bed furnace 1.
  • the Kohlen ⁇ taubbrenner 57 could otherwise au ⁇ supplied through the Abga ⁇ technisch 56 extremely low calorific Abga ⁇ of FBC 1 do not burn reliably in the steam generator 2.
  • the shunt line 62 makes it possible to optionally add the flue gas to the fluidized bed furnace 1 and this in front of the flue gas desulfurization system 4 of the flue gas line 9 with a approximately higher temperature or behind the flue gas desulfurization system 4 with a lower temperature. In this way, the temperature in the fluidized bed furnace 1 can be regulated in addition to the measures already described. Finally, the flame temperature of the coal dust burner 57 of the steam generator 2 can also be reduced by admixing the fresh air line 22 with flue gas via the auxiliary line 63. For this purpose, a further smoke duct fan 34 is installed in the auxiliary line 63 branching off in front of the gas compressor 18.
  • the fluidized bed combustion 1 is carried out without cooled peripheral walls and heat exchanger heating surfaces, local temperature sinks in the fluidized bed 11 are avoided, and at these low temperatures the risk of local undercooling of the fluidized bed 11 is reduced, with the result that it is lost.
  • the formation rate of the nitrogen oxides in the fluidized bed furnace 1 is also additionally reduced by the fact that the fluidized bed furnace 1 fresh air is sub-stoichiometric Amount is supplied. This lack of oxygen additionally hinders nitrogen oxide formation.
  • the operating conditions of the steam generator 2 can be regulated within wide limits and the advantages of both individual firing systems are used to a greater extent to suppress the formation of nitrogen oxides on the primary side to such an extent that it can satisfy the immission conditions even without a DENOX system connected downstream of the flue gas flow.

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Description

Verfahren zur Verbrennung von Kohle und/oder von organische Substanzen enthaltende Abfallstoffen und Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Kohle und/oder von organische Substanzen enthaltende Abfall¬ stoffen, wie Hausmüll, Induεtriemüll und ähnlichem, unter Verwendung einer Wirbelschichtfeuerung mit einer mittleren Verbrennungstemperatur von ca. 800° C sowie eine Feuerungs¬ anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Wirbelschichtfeuerungen zählen in zahlreichen Auεführungs- formen für die verschiedensten Anwendungsfälle seit langem zum Stand der Technik. Die wesentlichen Vorteile sind darin zu sehen, daß im Gegensatz zu anderen Feuerungstypen auch geringwertige Brennstoffe mit hohem Ballaεtgehalt, wie z.B. Ballastkohle oder Aufbereitungsabgänge, die als Nebenprodukt bei der Steinkohleaufbereitung anfallen, oder auch sonstige organische Substanzen, wie insbesondere Hausmüll, Industrie¬ müll und ähnlichem, in der unterschiedlichsten Zusammenset¬ zung verbrannt werden können.
Ein Vorteil der Wirbelschichtfeuerung liegt in ihrer ver¬ gleichsweisen Umweltfreundlichkeit, da bei den verhältnismä¬ ßig niedrigen Verbrennungstemperaturen von ca. 800° C nahezu keine Stickoxide entstehen und andere Schadstoffe, wie z.B. Schwefeloxide, durch Zugabe geeigneter Adεorptionεmittel, wie z.B. Kalkstein, bereits weitgehend in der Wirbelschicht gebunden werden können. Darüber hinaus zeichnet sich die Wirbelschichtfeuerung durch eine homogene Temperaturvertei¬ lung im Wirbelbett aus, so daß insbesondere bei der Verbren¬ nung von weniger homogenen, organische Substanzen enthalten¬ den Abfallstoffen, wie z.B. Hausmüll oder Industriemüll, ein guter Ausbrand gewährleistet ist.
Demgegenüber übersteigen die Schadstoffemissionen herkömmli¬ cher Dampferzeugeranlagen mit einem kohlebefeuerten Dampfer¬ zeuger ohne Nachbehandlung der Rauchgase, d.h. ohne Sekun¬ därmaßnahmen in der Regel die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte. Die hierfür bekannten Sekundärmaßnahmen, wie z.B. Entstaubungsanlagen, Rauchgasentschwefelungsanlagen und DENOX-Katalysatoren, erhöhen jedoch die Investitions- und Betriebsmittelkosten in erheblichem Maße.
Es wird daher angestrebt, die Schadstoffemission durch sog. Primärmaßnahmen, die die Verbrennungsanlagen selbst betref¬ fen, von vornherein zu vermindern, beispielsweise durch NOx- arme Brenner oder durch Einsatz von Wirbelschichtfeuerungen mit Wärmetauscherheizflächen.
Nachteilig ist jedoch, daß die Wärmetauscherflächen von Wir¬ belschichtfeuerungen erhöhter Erosion und Korrosion ausge¬ setzt sind. Bei der Verbrennung von organische Substanzen enthaltenden Abfallstoffen, wie Hausmüll, Industriemüll und ähnlichem, sind der Wirbelschichtfeuerung Grenzen dadurch gesetzt, daß sich aufgrund der relativ niedrigen Verbren¬ nungstemperaturen für den Fall, daß die zu verbrennenden Subεtanzen organische bzw. auch anorganische Chlorverbindun¬ gen, wie z.B. polychlorierte Biphenyle (PCB) enthalten, bei der Verbrennung hochtoxische Dioxine, wie z.B. polychlorier- te Dibenzodioxine (PCDD) bzw. auch polychlorierte Dibenzofu- rane (PCDF) , bilden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zu entwickeln, die sicherstellen, daß einerseits bei der Verbrennung von organische Substanzen enthaltenden Abfällen die Bildung von hochtoxischen Dioxinen verhindert wird, die andererseits aber auch, auch bei Verfeuerung nur von Kohle, gewährleisten, daß erst gar nicht größere Mengen an Stickoxiden entstehen, so daß nachgeschaltete DENOX- Anlagen zur Rauchgasbehandlung überflüssig werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus der Wirbelschichtfeuerung abziehenden Rauchgase zusammen mit dem mitgeführten Flugstaub in einer nachgeschalteten Er¬ hitzungszone auf eine Temperatur von indeεtens 900° C er¬ hitzt werden.
Durch die Erfindung gelingt eε εomit, hochgiftige Dioxine, die bekanntlich bei Temperaturen oberhalb 900° C, vorzugs¬ weise zwischen 1 000 und 1 200 ° C, zu ungiftigen organi¬ schen Substanzen oxidieren, unschädlich zu machen.
Die Aufheizung der Rauchgase aus der Wirbelschichtfeuerung auf eine Temperatur von mindestens 900° C kann sowohl durch direkte, beispielsweise durch Vermischen mit einem Heißgaε, oder auch durch indirekte Wärmezufuhr mittels eines geeigne¬ ten Wärmetauεchers erfolgen.
Besonders vorteilhaft erweist es sich jedoch, wenn die hei¬ ßen Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung direkt in den Feue¬ rungsraum eines neu zu errichtenden oder auch bereits vor¬ handenen Induεtriekessels, wie beispielsweise des Dampfer- zeugers eines Kohlekraftwerkes, eingeleitet werden. Auf die¬ se Weise kann die vorhandene Infrastruktur einer derartigen Kesselanlage mit den Wärmetauscherflächen zur Auskopplung der erzeugten Wärme sowie den Einrichtungen zur Staubab¬ scheidung und Rauchgasreinigung auch für die Rauchgase aus der Wirbelschichtfeuerung voll genutzt werden. Zudem ist durch die hohen Verbrennungstemperaturen in derartigen Indu¬ striekesselanlagen mit Sicherheit gewährleistet, daß im Rauchgas der Wirbelschichtfeuerung mitgeführte Dioxine in unschädliche Stoffe umgewandelt werden.
Selbstverständlich können nach der Erfindung die zu verbren¬ nenden Abfallstoffe auch in Mischung mit anderen organischen Substanzen, wie z.B. Stein- oder Braunkohle, verbrannt wer¬ den, wobei dann die gesamte Menge der anfallenden Rauchgase auf die Mindesttemperatur von 900° C zu erhitzen ist. Eine solche Vorgehensweise dürfte sich immer dann als sinnvoll erweisen, wenn an einem vorhandenen Standort bereits eine größere Wirbelschichtanlage in Betrieb ist.
In der Regel wird die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Wirbelschichtfeuerung ohne Tauchheizflächen, d.h. ohne Wärmetauscherflächen in der Wirbelschicht eingesetzt, wobei die Regelung der Temperatur durch die Regelung des StoffUmsatzes erfolgen kann.
Bei einem kohlebefeuerten Dampferzeuger gelingt es durch die gasseitige Vorschaltung einer Wirbelschichtfeuerung die NOx- Emission primärseitig sehr viel stärker zu reduzieren als bei allen anderen bekannten Verfahren. Die Verwendung einer Wirbelbettkammer ohne eingebaute Wärmetauscherheizflächen ermöglicht es, mit einer reduzierenden, d.h. sauerstoffarmen Wirbelschicht zu arbeiten, ohne eine Auskühlung der Wirbel¬ schicht befürchten zu müssen. Auch kann auf eine Kühlung der Umfassungswände verzichtet werden. Dadurch kann die Stick¬ oxidbildung weiter verringert werden.
Die erzeugte Wärme wird mittels des Rauchgases aus der Wir¬ belschichtfeuerung ausgetragen und kann beispielsweise in dem nachgeschalteten Industriekessel zusammen mit der dort erzeugten Wärme an einen Dampfkreiεlauf oder einen sonstigen Wärmeverbraucher abgegeben werden. Zur Regelung der Tempera¬ tur in der Wirbelschichtfeuerung auf ein konstanteε Tempera¬ turniveau von beiεpielsweiεe 800° C erweist es sich als zweckmäßig, einen Teil der abgekühlten und ggf. bereits ge¬ reinigten Rauchgase aus dem nachgeschalteten Industriekeεεel als Kühlmedium kontinuierlich in die Wirbelschichtfeuerung zurückzuleiten.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Kühlung der Wirbelschichtfeuerung aber auch durch Wirbelbettmateri¬ al, welches kontinuierlich in die Wirbelschichtfeuerung ein¬ geleitet wird, erfolgen. Wird die Wirbelschichtfeuerung in Kombination mit dem Dampferzeuger eines Kraftwerkes betrie¬ ben, erweist es sich als vorteilhaft, die im Kessel des Dampferzeugers anfallende Grobasche als Wirbelbettmaterial zu verwenden. Nach ihrer reibungsbedingten Zerkleinerung wird die Grobasche dann als Flugasche zusammen mit dem Rauchgas abgezogen. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß nicht nur das Rauchgas, sondern auch die Bettasche in den nachgeschalteten Dampferzeuger eingeleitet und dort den angestrebten hohen Temperaturen ausgesetzt wird, so daß auch über die Bettasche keine toxischen Bestandteile aus der Wir¬ belschichtfeuerung ausgetragen werden können.
Anstelle von Grobasche aus dem Kessel des Kraftwerkes kann selbstverständlich auch ein Teil der im Elektrofilter des Kraftwerkes anfallenden groben Flugasche als Wirbelschicht¬ material verwendet werden. Falls im Falle der Verteuerung von organischen Abfällen kei¬ ne Wärmequelle bzw. kein Industriekessel für die Hochtempe¬ raturbehandlung der Rauchgase und der Flugasche der Wirbel¬ schichtanlage zur Verfügung steht, ist es nach einem weite¬ ren Merkmal auch in diesem Falle möglich, die Abfallεtoffe in der Wirbelschicht bei geringerer Luftzufuhr nur partiell zu CO zu verbrennen, d.h. zu vergasen, und das CO-haltige Vergasungsprodukt dann in einer nachgeschalteten Feuerung bei entsprechend höheren Temperaturen zu C02 weiterzuver- brennen. Auch in diesem Falle gelingt es, die im Vergasungε- produkt der Wirbelεchichtanlage mitgeführten toxischen Dio¬ xine bei den entsprechend hohen Temperaturen in unschädliche Produkte umzuwandeln.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figu¬ ren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeiεpielen zu entnehmen.
Eε zeigen:
Fig. 1: Eine erfindungεgemäße Feuerungsanlage zur Verbren¬ nung insbeεondere von organische Substanzen enthal¬ tenden Abfällen.
Fig. 2: Eine erfindungεgemäße Feuerungεanlage am Beispiel einer Dampferzeugungsanlage.
Die Figur l zeigt schematisch eine Wirbelschichtfeuerung 1 mit einem Wirbelbett 11, in dem über Leitung 12 zugeführte organische Abfallstoffe, denen ggf. über Leitung 13 Kohle zugemischt werden kann, bei einer mittleren Verbrennungstem¬ peratur von ca. 800° C verbrannt werden.
Der Wirbelschichtfeuerung 1 ist im gezeigten Beispiel der Figur 1 rauchgasseitig ein mit Kohlenstaub 21 - unter Zufuhr von Friεchluft 22 - befeuerter Dampferzeuger 2, beispiels- weiεe eineε Kohlekraftwerkeε, nachgeεchaltet. Über Leitung 14 werden die Rauchgaεe der Wirbelschichtfeuerung 1 ein¬ schließlich mitgeriεεener Brennεtoff- und Ascheteilchen un¬ terhalb der Feuerungszone 23 in den Dampferzeuger 2 einge¬ leitet. Beim anschließenden Durchströmen der Feuerungszone 23 des Dampferzeugerε 2 werden die eingeleiteten Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung 1 auf Temperaturen oberhalb 900"C, vorzugsweiεe auf Temperaturen zwiεchen 1 000 °C und 1 200βC, erhitzt.
Dabei werden ggf. in der Wirbelschichtfeuerung 1 entstandene und im Rauchgas mitgeführte Schadstoffe wie Dioxine zer¬ stört. Die vermischten Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung 1 und des Dampferzeugers 2 werden, nachdem sie den wesentli¬ chen Teil ihrer Wärme über einen Wärmetauscher 24 an das zu verdampfende Wasser abgegeben haben, über Leitung 25 abgezo¬ gen, in einem Elektrofilter 3 entstaubt, in einem Wärmetau- εcher 5 ggf. weiter abgekühlt, in einer Rauchgaswäsche 4 ge¬ reinigt und zum überwiegenden Teil über Leitung 41 in die Atmosphäre abgeleitet.
Ein Teil der Rauchgase wird - entweder über Leitung 42 vor der Rauchgaswäεche 4 oder über Leitung 43 nach der Rauchgaε- wäεche 4 - abgezweigt und über Leitung 44 sowie ein Drucker¬ höhungsgebläse 26 zusammen mit über Leitung 27 angesaugter Frischluft in das Wirbelbett 11 zurückgeführt. Dabei kann über die Mengen des zugeführten Brennstoffes, der angesaug¬ ten Frischluft εowie deε rezirkulierten Rauchgases die in der Wirbelschichtfeuerung 1 angestrebte Verbrennungstempera¬ tur von ca. 800° C eingehalten werden, wobei es zur Begren¬ zung der Strömungsgeschwindigkeit im Wirbelbett 11 zweckmä¬ ßig sein kann, einen Teil der rückgeführten kalten Rauchgase ausschließlich zum Zwecke der Wärmeabfuhr aus der Wirbel- εchichtfeuerung 1 über Leitung 45 oberhalb deε Wirbelbetteε 11 in die Wirbelεchichtfeuerung 1 einzuleiten.
Von der auε dem Dampferzeuger 2 über Leitung 28 abgezogenen Aεche wird die Grobasche abgetrennt und über Leitung 29, ggf. nach zusätzlicher Abkühlung, als Bettmaterial in das Wirbelbett 11 zurückgeführt. Infolge der Reibung im Wirbel¬ bett 11 wird die Grobaεche nach und nach zerkleinert und als Flugstaub zusammen mit den Rauchgaεen in den Dampferzeuger 2 mitgeriεεen. Ebenso kann aus der im Elektrofilter 3 abge¬ schiedenen Flugasche der grobkörnige Anteil abgetrennt und über Leitungen 31 und 29 in das Wirbelbett 11 zurückgeführt werden. Die mittel- und feinkörnigen Anteile werden über Leitung 32 abgezogen.
Die Fig. 2 zeigt in schematiεcher Darεtellung daε Beiεpiel einer erfindungεgemäßen Dampferzeugeranlage. Diese besteht aus einem Dampferzeuger 2, der im Ausführungεbeiεpiel mit einer Kohlen taubfeuerung 30 auεgeεtattet iεt. Die Umfaε- sungwände 40 deε Dampferzeugers 2 sind als Floεεenrohrwände ausgebildet und in an sich bekannter Weise zusammen mit den übrigen Wärmetauεcherheizflachen 24 deε Dampferzeugers 2 an einen hier nicht weiter dargestellten Waεεerdampfkreiεlauf angeεchloεεen. An der den Dampferzeuger 2 verlaεεenden und zum Kamin 8 führenden Rauchgaεleitung 9 εind ein Staubfilter 3, ein Saugzuggebläεe 10 und eine Rauchgasentschwefelungεan- lage 4 angeεchloεεen.
Dem Dampferzeuger 2 iεt gaεεeitig eine Wirbelεchichtfeuerung 1 mit stationärem Wirbelbett 11 vorgeεchaltet. Deren Düεen- boden 15 iεt an eine Gasleitung 16 angeschloεsen, die mit einem Zweig an den die Rauchgasentschwefelungsanlage 4 ver¬ lassenden Teil der Rauchgasleitung 9 und mit einem anderen Zweig an eine Frischluftanεaugöffnung 17 angeεchloεεen iεt. In dieser Gasleitung 16 ist ein Gasverdichter 18 zur Erzeu¬ gung der nötigen Druckdifferenz am Düεenboden 15 eingebaut. Sowohl in dem zur Rauchgasleitung 9 als auch zu dem zur Frischluftansaugöffnung 17 führenden Zweig der Gasleitung 16 ist je ein Regelventil 19, 20 eingebaut. Die Wirbelschicht¬ feuerung 1 ist darüber hinaus oberhalb des stationären Wir¬ belbettes 11 über eine zusätzliche Gasleitung 42 mit der Rauchgasleitung 9 verbunden. Diese zweigt unmittelbar hinter dem Saugzuggebläse 10 von der Rauchgasleitung 9 ab. Auch in dieser zusätzlichen Gasleitung iεt ein Regelventil 6 einge¬ baut. Darüber hinaus ist die Wirbelschichtfeuerung 1 an eine Brennstoffversorgungsleitung 53 angeschlossen, die ihrer¬ seits wiederum mit einem Kohlebunker 54 und einem Kalkbunker 55 verbunden iεt.
Die Abgaεleitung 56 der Wirbelschichtfeuerung 1 mündet am unteren Ende des Dampferzeugers 2. Oberhalb der Ebene der Mündungen der Abgasleitungen 56 der Wirbelschichtfeuerung 1 im Dampferzeuger 2 ist der Brenner 57 der Kohlenstaubfeue¬ rung 30 in der Umfassungswand 40 des Dampferzeugers 2 einge¬ baut. Der Brenner 57 ist über eine Brennstoffleitung 58 an einen Kohlebunker 59 und über eine Frischluftleitung an ein Frischluftgebläse 33 angeschlossen.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die beiden Gasleitungen 16, 42 über eine gestrichelt angedeutete Shuntleitung 62 zu verbinden. Auch kann die Dampferzeugeranlage mit einer wei¬ teren gestrichelt angedeuteten Hilfsleitung 63 ausgerüεtet εein, die einerseits an die Gasleitung 16 unmittelbar vor dem Gasverdichter 18 anschließt und diese mit der Frisch¬ luftleitung 22 des Dampferzeugers 2 verbindet. In diese Hilfsleitung 63 ist ein Rauchgaεgebläεe 34 eingebaut.
Beim Betrieb der Dampferzeugeranlage wird dem Kohlebunker 59 feingemahlende Kohle entnommen und zuεammen mit der vom Frischluftgebläse 33 geförderten Frischluft dem Kohlenstaub¬ brenner 57 zugeführt. Die sich bei der Verbrennung bildenden heißen Rauchgase durchströmen den Dampferzeuger 2, heizen dabei dessen Umfasεungswände 40 und die in den Dampferzeuger.
2 hineinragenden Wärmetauscherheizflächen 24 auf und verlas¬ sen den Dampferzeuger 2 stark abgekühlt über die Rauchgas¬ leitung 9. In dem an der Rauchgasleitung 9 angeschlosεenen Staubfilter 3, im Auεführungεbeiεpiel ein Elektrofilter, werden die Staubpartikel zurückgehalten. Daε daε Staubfilter
3 verlaεεende entεtaubte Rauchgaε wird über das Saugzugge¬ bläse 10 in die Rauchgasentschwefelungsanlage 4 gedrückt und dort von den verbliebenen Schwefelbestandteilen befreit und in den Kamin 8 entlassen.
Über die an die Rauchgaεleitung 9 zwischen der Rauchgasent¬ schwefelungsanlage 4 und dem Kamin 8 abzweigende Gasleitung 16 wird Rauchgas über den Gasverdichter 18 angesaugt und durch den Düsenboden 15 der Wirbelschichtfeuerung 1 ge¬ drückt. Diesem Rauchgas ist zuvor über die Frischluftanεaug- öffnung 17 Friεchluft beigemiεcht worden. Das erforderliche Mischungsverhältniε, d.h. der erforderliche Sauerεtoffge- halt, läßt, sich durch die sowohl an der Frischluftanεaugöff- nung 17 als auch in den zur Rauchgasleitung 9 führende Zwei¬ ge der Gasleitung 16 eingebauten Regelventile 19, 20 ein¬ stellen, über die Brennstoffversorgungsleitung 53 wird der Wirbelschichtfeuerung 1 feingemahlene Kohle sowie eine vor¬ gegebene Menge Kalk zugeführt. Die in die Wirbelschichtfeue¬ rung 1 eingeführten Kohlenpartikel oxidieren in dem Wirbel¬ bett 11, wobei infolge der unterstöchiometrischen Sauer¬ stoffzugäbe überwiegend Kohlenmonoxid entsteht. Der im Brennstoff enthaltene Schwefel wird durch den der Kohle beigemischten Kalk noch im Wirbelbett 11 zu Gipε gebunden und mit der Aεche in hier nicht weiter dargeεtellter Weiεe abgeführt. Die zur Einbindung deε Schwefelε zuvor erforder- liche Oxidation desselben begrenzt das Ausmaß der unterstö- chiometriεchen Sauerstoffbeigäbe im Wirbelbett 11. Oberhalb des Wirbelbettes 11 läßt sich dann die Bildung von Stickoxi¬ den durch Zugabe größerer Mengen von Rauchgasen über die zu¬ sätzliche Gasleitung 42 nicht nur stoppen, εondern sogar in geringfügigem Maße bereits gebildete Siickoxide reduzieren. Darüber hinaus kann die Temperatur in der Wirbelschichtfeue¬ rung 1 durch die Zu ischung kühler Rauchgase abgesenkt und auf diese Weise die Bildungsrate von Stickoxiden weiter her- abgeεetzt werden.
Um die Temperatur im Wirbelbett 11 auf den geringεtmöglichen Wert zu halten, iεt die Wirbelεchichtfeuerung 1 ohne gekühl¬ te Umfaεεungswände und ohne sonstige Wärmetauscherheizflä¬ chen ausgeführt. Dadurch werden örtliche Temperatursenken im Wirbelbett 11 vermieden, von denen sonst ein Verlöschen deε Umεatzeε im Wirbelbett 11 auεgehen könnte. Schließlich führt die Einleitung von Rauchgaε über die zusätzliche Leitung 42 dazu, daß der Heizwert des Abgaseε der Wirbelschichtfeuerung 1, das über die Abgasleitung 56 in den Dampferzeuger 2 ein- geεpeiεt wird, εtark herabgeεetzt wird. Dieε wiederum führt zu einer geringeren Brenntemperatur dieser Gase im Dampfer¬ zeuger 2 und setzt auch dort die Stickoxidbildung herab. Der Kohlenεtaubbrenner 57 ist seinerseitε wiederum die Voraus¬ setzung für die stärkere Beimischung von Rauchgasen aus dem Dampferzeuger 2 • zu den Abgasen der Wirbelschichtfeuerung 1. Denn ohne die Flamme des Kohlenstaubbrenners 57 könnte sonst das über die Abgaεleitung 56 zugeführte extrem heizwertarme Abgaε auε der Wirbelschichtfeuerung 1 nicht zuverlässig im Dampferzeuger 2 brennen.
Die Shuntleitung 62 ermöglicht es, der Wirbelεchichtfeuerung 1 wahlweise Rauchgas zuzumischen und dieses vor der Rauch- gaεentεchwefelungεanlage 4 der Rauchgasleitung 9 mit einer etwaε höheren Temperatur oder hinter der Rauchgasentschwefe- lungεanlage 4 mit einer etwaε niederen Temperatur zu entneh¬ men. So läßt sich die Temperatur in der Wirbelschichtfeue¬ rung 1 zusätzlich zu den bereits geschilderten Maßnahmen re¬ gulieren. Schließlich läßt sich auch die Flammtemperatur deε Kohlenstaubbrennerε 57 deε Dampferzeugerε 2 dadurch vermin¬ dern, daß die Frischluftl'eitung 22 Rauchgas über die Hilfs¬ leitung 63 beigemischt wird. Hierzu ist in der vor dem Gas¬ verdichter 18 abzweigenden Hilfsleitung 63 ein weiteres Rauchgaεgebläεe 34 eingebaut.
Eε iεt ein Vorteil dieser Dampferzeugeranläge, daß in der vorgeschalteten Wirbelschichtfeuerung 1 bereits ein Großteil deε Schwefelgehaltε durch die Zugabe von Kalk in Gipε einge¬ bunden und mit der Aεche der Wirbelεchichtfeuerung 1 abge¬ führt werden kann. Hierdurch verringert εich der Aufwand für die Rauchgaεentschwefelung. Wird dann für den Kohlenstaub¬ bunker 59 noch eine andere, schwefelärmere Kohlensorte be¬ nutzt als für den Kohlenbunker 54, so nähert man sich auch ohne Rauchgasentεchwefelungεanlage den diesbezüglichen ge¬ setzlich vorgeschriebenen Grenzwerten. Des weiteren wird durch die unterεtöchiometriεche Verbrennung in der Wirbel¬ schichtfeuerung 1 und der Einleitung abgekühlter Rauchgaεe über die zuεätzliche Gaεleitung 42 die Temperatur im Wirbel¬ bett 11 auf Werte abgesenkt, bei denen sich kaum noch Stickoxide bilden können. Dadurch, daß die Wirbelschichtfeu¬ erung 1 ohne gekühlte Umfassungwände und Wärmetauscherheiz¬ flächen ausgeführt iεt, werden lokale Tempera urεenken im Wirbelbett 11 vermieden, waε bei diesen niedrigen Temperatu¬ ren die Gefahr einer örtlichen Unterkühlung des Wirbelbetteε 11 mit der Folge deε Verlöεchenε vermindert. Darüber hinaus wird die Bildungsrate der Stickoxide in der Wirbelschicht¬ feuerung 1 auch dadurch zuεätzlich verringert, daß der Wir¬ belεchichtfeuerung 1 Friεchluft in unterεtöchiometrischer Menge zugeführt wird. Dieser Sauerεtoffmangel behindert die Stickoxidbildung zuεätzlich. Die die Wirbelεchichtfeuerung 1 verlaεsenden Gase, die im wesentlichen aus Kohlenmonxid be¬ stehen, denen über eine andere Gasleitung zur Heizwertherab¬ setzung weiteres Rauchgas beigemischt ist, verbrennen in der sauerstoffhaltigen Atmoεphäre deε Dampfαrzeugerε 2 mit rela¬ tiv niedriger Temperatur, so daß auch hier im Dampferzeuger 2 kaum Stickoxide entstehen. Schließlich wird auch die Flam¬ me des Kohlenstaubbrennerε 57 deε Dampferzeugers 2, die zu¬ gleich auch die Abgase der Wirbelschichtfeuerung 1 ver¬ brennt, selber durch die Zumischung von Rauchgasen aus der Hilfεleitung 63 gekühlt, so daß auch hier kaum Stickoxide entstehen.
Durch die dem Dampferzeuger 2 vorgeschaltete Wirbelschicht¬ feuerung 1 und die Vorschaltung der einzelnen zur Wirbel¬ schichtfeuerung 1 führenden Gasleitungen 16, 42 sind die Be¬ triebsbedingungen des Da pferzeugerε 2 in weiten Grenzen re¬ gelbar und werden die Vorteile beider Einzelfeuerungεεyεteme verεtärkt genutzt, um die Bildung von Stickoxiden primärsei- tig so stark zu unterdrücken, daß sie auch ohne eine dem Rauchgasεtrom nachgeεchaltete DENOX-Anlage den Imisεionεbe- dingungen genügen kann.

Claims

Patentansprüche;
1. Verfahren zur Verbrennung von Kohle und/oder organische Substanzen enthaltenden Abfallstoffen wie Hausmüll, In¬ dustriemüll und ähnlichem, unter Verwendung einer Wirbel¬ schichtfeuerung mit einer mittleren Verbrennungstempera¬ tur von ca. 800° C, dadurch gekennzeichnet, daß die auε der Wirbelschichtfeuerung abziehenden Rauchgase zusammen mit dem mitgeführten Flugstaub in einer nachgeschalteten Erhitzungszone auf eine Temperatur von indeεtenε 900° C erhitzt werden.
2. Verfahren nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaεe der Wirbelschichtfeuerung in den Feuerungε- raum eineε Industriekesεelε eingeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in den Feuerungεraum deε Dampferzeugerε eines Kohlekraftwerkeε eingeleitet werden.
4. Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in der Wirbelεchichtfeuerung Abfall¬ stoffe in Mischung mit Kohle verbrannt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 biε 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ein Teil der den Induεtriekeεεel ver¬ lassenden Rauchgase nach erfolgter Abkühlung und ggf. Reinigung kontinuierlich in die Wirbelschichtfeuerung zurückgeführt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß als Bettmaterial für die Wirbelεchicht¬ feuerung Grobaεche auε dem Kessel deε Kohlekraftwerkeε verwendet wird, wobei die Grobaεche nach ihrer reibungε- bedingten Zerkleinerung in der Wirbelschichtfeuerung als Flugasche zusammen mit dem Rauchgas erneut dem nachge¬ schalteten Kessel zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß als Bettmaterial für die Wirbelschicht¬ feuerung grobkörnige Flugasche aus dem Elektrofilter ei¬ nes Kohlekraftwerkeε verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Kohle oder die Abfallεtoffe bzw. die Mischungen aus Kohle und Abfallstoffen in der Wirbel¬ schicht zumindest teilweise nur partiell oxidiert werden und daß das bei der partiellen Oxidation entstehende Kohlenmonoxid in einem nachgeschalteten Feuerungsraum bei Temperaturen oberhalb 900° C zu Kohlendioxid verbrannt wird.
9. Feuerungεanlage mit einem integrierten Dampferzeuger, einem Friεchluftgebläse, einer Entεtaubungεanlage und einer Rauchgasentschwefelungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß dem Dampferzeuger (2) gasseitig eine Wir¬ schichtfeuerung (1) ohne eingebaute Wärmetauscherheiz- flächen vorgeschaltet ist, deren Betriebstemperatur durch Regelung deε Stoffumεatzeε einstellbar iεt.
10.Feuerungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelεchichtfeuerung (1) ohne gekühlte Umfaε- sungswände ausgeführt ist.
11.Feuerungεanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Temperatur in der Wirbelεchichtfeuerung (1) durch Einleitung gereinigter kalter Rauchgase des Da pferzeugerε (2) in die Wirbelεchichtfeuerung (1) ein¬ stellbar ist.
12. Feuerungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Temperatur der Wirbelschicht (1) durch Bei¬ mischung gereinigter kalter Rauchgase des Dampferzeugerε
(2) zu der zum Düsenboden (15) εtrömenden Verbrennungs¬ luft einstellbar ist.
13. Feuerungsanlage nach Anεpruch 7 oder 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Temperatur der Wirbelschicht (1) über den 02-Gehalt der Verbrennungεluft einεtellbar iεt.
14. Feuerungεanlage nach Anεpruch 7 oder 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Temperatur der Wirbelschicht (1) über den Heizwert des zugegebenen Brennstoffes bzw. der zu¬ gegebenen Brennstoffmiεchung einεtellbar iεt.
15. Feuerungsanläge nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Temperatur der Wirbelschichtfeuerung (1) über die Menge der Brennstoffzugäbe einstellbar ist.
16. Feuerungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, daß die rauchgasrückführende Gaεleitung (16) hinter der Rauchgaεentschwefelungsanlage (4) von der Rauchgas¬ leitung (9) deε Dampferzeugerε (2) abzweigt.
17. Feuerungεanlage nach Anεpruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Wirbelschichtfeuerung (1) Rauchgas über eine vor der Rauchgasentschwefelungsanlage (4) abzwei¬ gende Leitung (42) zugeführt wird.
18. Feuerungεanlage nach Anεpruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Rauchgas der Wirbelschichtfeuerung (1) oberhalb des Wirbelbettes (11) zugeführt wird.
19. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Dampferzeuger (2) zuströmenden Frischluft Rauchgas beimischbar ist.
20. Feuerungsanlage nach Anεpruch 19, dadurch gekennzeich¬ net, daß das der Dampferzeugerfrischluft beizumischende Rauchgas der Rauchgasleitung (9) hinter der Rauchgasent- εchwefelungεanlage (4) entnommen wird.
21. Feuerungεanlage nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daε Rauchgaε über ein Rauchgaεgebläεe (34) auf den Gaεdruck hinter dem Friεchluftgebläse (33) verdichtet wird.
22. Feuerungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelεchichtfeuerung (1) außer Brennεtoff Kalk zugeführt wird.
23. Feuerungεanlage nach Anεpruch 9, gekennzeichnet durch eine Wirbelschichtfeuerung (1) mit stationärer Wirbel¬ schicht (11) .
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