EP0839301B1

EP0839301B1 - Verfahren zur verbrennung von thermisch zu behandelnden stoffen

Info

Publication number: EP0839301B1
Application number: EP96926373A
Authority: EP
Inventors: Albert Merz; Hubert Vogg; Roland Walter
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 2000-04-05
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: EP0839301A1; JP3121840B2; WO1997004274A1; DE59604896D1; JPH10508371A; DE19629216C2; DE19629216A1; DK0839301T3; ATE191552T1; US6038988A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von thermisch zu behandelnden Stoffen, z.B von Hausmüll nach dem Prinzip der Gleichstromfeuerung auf einem Rost einer Verbrennungsanlage mit Zuführung von Primärluft von unten durch den Rost nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine Verbrennungsanlage zur Ausübung des Verfahrens. Ein solches Verfahren und eine solche Anlage sind durch das Dokument A Merz "Industrial furnaces and boilers - Proceedings of the 3rd European Conference", 18-21 April 1995, Lisabon, Portugal, Seiten 454 bis 466, bekannt.
Die thermische Behandlung von Restmüll stellt im Rahmen integrierter Abfallwirtschaftskonzepte einen unverzichtbaren Eckpfeiler dar. Nach wie vor wird jedoch z. B. Restmüll als Abfall mit einer relativ großen Menge Überschußluft verbrannt. Theoretisch werden pro kg Brennstoff mit einem Heizwert von ca. 8 MJ/kg etwas mehr als 3 Nm³ Luft benötigt. Tatsächlich wurde bis vor kurzem noch 6 Nm³ eingesetzt. Bis heute konnte die spezifische Luftverbrauchszahl auf ca. 5 Nm³ reduziert werden.
Kostenoptimierte Abfallverbrennungsanlagen zu entwickeln steht als Hindernis entgegen, daß es bis heute nicht gelungen ist, primärseitig der Bildung von NO_x in einem Ausmaß entgegenzuwirken, daß die nachfolgende, heute allgemein angewandte Rauchgasreinigungstechnik im Abgasstrang auf DeNOX-Maßnahmen verzichten kann. Obwohl für die Abfallverbrennung ein Grenzwert von 200 mg NO_x/Nm³ existiert, wird von der Öffentlichkeit, vor allem wegen der Ozonproblematik weniger als der halbe Grenzwert erwartet. Damit ist als Entwicklungsziel für primärseitige NO_x-Minderungsmaßnahmen 100 mg NO_x/Nm³ vorzugeben.
Aus der US-PS 3 808 986 sind ein Verfahren zur Verbrennung von Abfall und eine Anlage dazu bekannt. Zweck und Konzeption dieser Anlage zielen darauf, die Verbrennungstemperaturen zu erhöhen, um eine Mengenreduzierung der sonst nicht brennbaren Anteile zu erreichen. Dies führt jedoch zu Abgastemperaturen im Bereich von weit über 1000°C und damit zu einer starken NO_x-Bildung im Abgas, einer aufgrund der ständig verschärften Abgasvorschriften nicht mehr tolerablen Maßnahme. Weitere Anlagen nach dem Stand der Technik, die im Mittel- und Gegenstrombetrieb arbeiten, weisen generell hohe NO_x-Werte im Bereich von 200 bis über 400 mg/Nm³ auf.
Aus der DE 42 19 231 C1 und aus Thome-Kozmiensky: Thermische Abfallbehandlung, Berlin, EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik, 1994, s.160 bis 163, sind ein weiteres Verbrennungsverfahren nach dem Gleichstromprinzip für Abfall und eine Anlage dafür bekannt. Bei diesem Verfahren, bei dem Sekundärluft oder Rauchgas von oben in den Feuerraum geblasen wird, entsteht ein Temperaturprofil in der Feuerungszone über dem Rost, das stetig steigende Rauchgastemperaturen von 700°C am Rostanfang bis 1300°C am Ende der Feuerungszone vor dem Rauchgaszug hinter der Feueraumgeometrie aufweist. Dies führt ebenfalls zu den vorstehend genannten unerwünschten hohen NO_x-Werten, eine Erkenntnis, die jedoch hier, wie auch in der vorstehenden Literaturstelle, nicht gemacht wurde und zu deren Beseitigung daher auch keine Maßnahmen getroffen wurden.
Demgegenüber stellt sich nun bei der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, welches durch rein feuerraumseitige Maßnahmen ermöglicht, eine Verminderung der NO_x-Anteile im Abgas der Anlage zu erreichen. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß dies durch eine Verminderung der Temperaturen in Bereiche unter 900° C am Ende des Feuerraumes im abströmenden Rauchgas erreicht werden kann. Diese Aufgabenstellung ist neu.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff die Verfahrenschritte vor, die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben sind. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sowie die Lösung der Aufgabe bezüglich einer Verbrennungsanlage für das Verfahren sind in den Merkmalen der Unteransprüche angeführt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun durch rein feuerraumseitige Maßnahmen, die zonenweise erfolgende Temperaturabsenkung, nicht nur eine Verminderung der spezifischen Verbrennungsluftmenge sondern auch eine rauchgasseitige Temperatur von erheblich unter 900° C erzielt und damit eine nachträgliche thermische NO_x-Bildung auf besonders vorteilhafte Weise verhindert werden. Eine Sekundärluftzugabe zur Nachverbrennung, welche die Rauchgastemperaturen erhöhen würde, entfällt. Wesentlich ist, daß die Erfindung ein kontrolliertes Temperaturfeld bzw. - profil angibt, das im Brennraum erzeugt werden muß.
Das Abgas wird dabei mit Hilfe der speziellen Einbauten im Feuerraum in genau definierten Temperaturbereichen durch die Schleierluftzugabe im Gleichstrom mit der Feststoffbewegung auf dem Rost durch die Zonen geführt, nach oben um- und darüber wieder zurückgelenkt. Durch die Zwangsführung der heißen Verbrennungsgase nehmen die Einbauten die Temperatur der Gase an und wirken zusätzlich als Infrarotstrahler ähnlich wie der sich bei einer Gegenstromverbrennung über der Trocknungszone befindliche, heiße Gaskörper. Die Feuerlage ist bei der hier vorliegenden Gleichstromkonfiguration ohne weitere Maßnahmen identisch zu der der Gegenstromfeuerung. Die Anlage verbindet daher neben den bereits erwähnten Verbesserungen hinsichtlich der Abgaszusammensetzung noch in besonders vorteilhafter Weise die jeweils günstigen Eigenschaften beider Verbrennungsverfahren.
Einzelheiten des neuen Verfahrens werden im folgenden und anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert: Es zeigen

die Fig. 1: einen schematischen Schnitt durch eine Müllverbrennungsanlage,
die Fig. 2: einen vergrößerten Schnitt des Brennraumbereiches der Fig.1
die Fig. 3: graphische Darstellungen der Temperaturverläufe nach dem Verfahren und
die Fig. 4: einen schematischen Schnitt durch die Seitenwand in Höhe des Primärbereiches I der Fig. 1 und 2.

In der in der Figur 1 schematisch als ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine solche dargestellten Anlage wird auf einem Rost 1 Abfall nach dem Prinzip der Gleichstromfeuerung verbrannt. Die Primärluft wird dem Rost von unten aus den Unterwindzonen a bis d zugeführt. Das heiße Abgas oder Rauchgas 2a - 2e wird mittels später beschriebener, oberhalb des Feuerungsrostes 1 angeordneter, wärmeleitender und - speichernder Einbauten 3, 4, die etwa gleiche Länge aufweisen können wie die Verbrennungszone 5 des Primärbereiches I, im Gleichstrom mit der Feststoffbewegung auf dem Rost 1 über diesem in Verbrennungsrichtung 6 zwangsgeführt. Die Verbrennung erfolgt dabei in in ihren Temperaturen exakt definierten, aufeinanderfolgenden Zonen, die später anhand der Figuren 2 und 3 genauer beschrieben werden. Anschließend wird das heiße Abgas im Bereich des Rostendes 7 nach oben um das Ende der Einbauten 4 herum und oberhalb der Einbauten 3 in dem Sekundärbereich II in Gegenrichtung 2d, 2e über den Rost 1, bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Anlage etwa bis zu dessen Anfangsbereich 8, wieder zwangsweise zurückgeführt. Dadurch kann die durch diese Gasrückführung auf die Einbauten 3, 4 übertragene Wärme aus diesen Einbauten 3, 4 über ihre ganze Länge in Richtung Rost 1 auf das Verbrennungsgut wieder abgestrahlt und damit genutzt werden. Eine kürzere Übertragungslänge über nur einen Teil der Einbauten ist durch eine Verlegung der Abströmöffnung 12 ebenfalls möglich.
Zentrales Element einer beispielhaften Müllverbrennungsanlage, in der das Verfahren durchgeführt wird, ist der aus dem Primärbereich I und dem Sekundärbereich II bestehende Feuerungsraum 10, der nach oben durch eine wärmeisolierende Wand 9 abgeschlossen ist und der in der Fig.2 vergrößert dargestellt ist. Die in der Fig.2 dargestellten Details entsprechen denen der Fig.1, wobei gleiche Elemente die gleichen Positionsziffern wie in der Fig.1 aufweisen sollen, auch wenn diese nicht extra eingezeichnet sind. Im unteren Teil des Feuerungsraumes, dem Primärbereich I, liegt der Feuerungsrost 1, über welchem sich die gesamte Verbrennungszone 5, bestehend aus Einzelzonen befindet, siehe auch die Fig. 2. Die Verbrennung des über den Brennguteintrag 11 in den Anfangsbereich 8 des Rostes 1 eingebrachten Mülls erfolgt nach dem Prinzip der Gleichstromfeuerung, wobei das Brenngut in Verbrennungsrichtung 6 bzw. mit der Verbrennung bis zum Ascheaustrag 14 wandert. Das entstehende Rauch- bzw. Abgas 2 strömt in Richtung der Pfeile 2a bis 2e im Sekundärbereich II von der Verbrennungszone 5 zur Abströmöffnung 12 in den Rauchgaszug 13. Die Abströmöffnung 12 liegt bei der in der Fig.1 beispielhaft dargestellten Anlagenform, - in Verbrennungsrichtung 6 gesehen -, etwa über dem Beginn der Verbrennungszone 5 auf dem Rost 1 in der oberen Wand 9 des Feuerungsraumes 10 hinter dem Sekundärbereich II und führt durch diese in den darüber liegenden Rauchgaszug 13. Die Abströmöffnung zum Rauchgaszug kann jedoch auch - gegen die Verbrennungsrichtung gesehen - im Sekundärbereich II weiter vorne gelegen sein.
Als besondere Maßnahme ist oberhalb des Rostes 1 und unterhalb der oberen Wand 9 des Feuerungsraumes 10 eine wärmeleitende und -speichernde Zwischenwand etwa gleicher Länge wie die Verbrennungszone 5 eingesetzt, die aus einzelnen hintereinander liegenden Keramikplatten 3 und 4 besteht, die auf an den Seitenwänden 17 des Feuerungsraumes 10 angebrachten Simsen 15 aufgelegt sind und die den Primärbereich I von dem Sekundärbereich II trennt. Dabei ist die letzte Keramikplatte 4, - in Verbrennungsrichtung 6 gesehen -, gegen den Rost 1 hin geneigt. Die Zwischenwand 3, 4 sitzt dicht zwischen den Seitenwänden 17 und der Stirnwand 16 des Feuerungsraumes 10 und reicht, - in Verbrennungsrichtung 6 gesehen -, bis etwa in den Bereich des Rostendes 7 oder der Verbrennungszone 5. Der untere Teil der Seitenwände 17, der dem Primärbereich I bzw. der Verbrennungszone 5 zugeordnet ist, ist mit 18 bezeichnet.
Hinter der Zwischenwand 3, 4, liegt nun, - wieder in Verbrennungsrichtung 6 gesehen -, der Umlenkbereich 2c für die Umlenkung der Rauchgase 2a, 2b in die Gegenrichtung 2d und 2e über die Zwischenwand 3, 4 zu der Abströmöffnung 12. Über ihr, schon im Umlenkbereich 2c beginnend, der Sekundärbereich II. Die Platten 3,4 bestehen z. B. aus einer Al-Oxidkeramik und weisen bei einer Rostbreite von 80 cm eine Dicke von 25 bis 35 mm auf. Sie besitzen eine hohe Wärmedurchgangszahl, um einen guten Wärmedurchgang durch sie aus dem Abgasbereich 2d, 2e und dann weiter mittels Wärmestrahlung zurück in die Verbrennungszone 5 sicherzustellen.
Bei dem vorliegenden Verfahren erfolgt die Verbrennung im Primärbereich I in vier aufeinanderfolgenden Zonen A, B, C und D, die jeweils etwa über den entsprechenden Unterwindzonen a, b, c und d gelegen sind, wie in der Fig.2 dargestellt. Dabei gibt es drei Mechanismen der NO_x-Bildung:

1. Aus dem im Brennstoff enthaltenen Stickstoff, wobei in gängigem Müll etwa 1% chemisch gebundener Stickstoff enthalten ist.
2. findet eine prompte NO_x-Bildung statt, wobei der Stickstoff aus der Verbrennungsluft stammt.
3. Wird thermisches NO_x wie unter 2. durch Stickstoff aus der Luft im Abgaszug hinter dem Feuerungsraum bei höheren Temperaturen unter Flammenbildung gebildet. Diese NO_x-Bildung steht im Vordergrund des hier vorliegenden Verfahrens, d.h. es wird mit ihm angestrebt, dort niedrigere Temperaturen zu erreichen.

Dazu werden nun die Temperaturen in den einzelnen Zonen A, B, C und D nach dem Verfahren in ganz spezieller Weise gefahren bzw. eingestellt, wie in der Fig.3 im Kurvenverlauf gezeigt:

In einer ersten Zone A des Feuerungsraumes 10 über dem Rost 1, der Trocknungs- und Pyrolysezone des Brennstoffes im Primärbereich I, auf eine mittlere Temperatur im Bereich von unter 900°C.
In einer zweiten Zone B, der Entgasungs- und Vergasungszone des Brennstoffes, eine genau kontrollierte mittlere Temperatur im Bereich von maximal 1000°C, die höher ist als die in der Zone A.
Als wichtiger Schritt wird danach in einer dritten Zone C, der Ausbrandzone des Brennstoffes, eine gegenüber der zweiten Zone B wieder niedrigere mittlere Temperatur im Bereich von 950°C bis unter 900°C gefahren, während danach
in einer vierten Zone D, der Sinterzone, noch niedrigere Temperatur von unter 900°C bis unter 700°C gefahren werden.

Dies bedeutet fallende Temperaturen in Strömungsrichtung der Rauchgase über denm Gutbett. Die gewünschten Temperaturprofile werden dabei dadurch erzielt, daß die Primärluft zonenweise aus den Unterwindzonen a, b, c, und d durch den Rost zugeführt wird, wobei die Luftmengen für die Zonen A und B so dosiert werden, daß dort im Gutbett eine unterstöchiometrische Verbrennung stattfindet. Durch den primärseitig bedingten Sauerstoffmangel bei der Verbrennung werden in diesem Bereich aus dem Gutbett erhebliche Mengen von CO in der Größenordnung von 100 g/Nm³ freigesetzt, die wiederum reduzierend auf bereits gebildetes NO_x wirken, wodurch elementarer Stickstoff gebildet wird. Daneben können eine Vielzahl von Radikalreaktionen ablaufen, die wiederum die NO_x-Reduktion beeinflussen können. Die unterstöchiometrische Feuerführung kann wahlweise durch Erhöhung der Brennstoffzugabe oder durch Drosselung der Luftmenge aus den Unterwindzonen erfolgen.
Weiterhin wird durch die Seitenwand oder -wände des Brennraumes überwiegend oder nur in den Bereich der Zonen A und B des Feuerungsraumes 10 unterhalb der Einbauten 3 und 4, d.h. in den Brennraum über dem Rost 1 zusätzliche Luft die sogenannte Schleierluft 20 niedrigerer oder etwa gleicher Temperatur gegenüber der Brennraumtemperatur in den Brennraum zugegeben. Diese Zusatzluft bildet so einen Luftschleier im Wandbereich. Die Schleierluft unterstützt die Gasphasenreaktion in den Zonen A und B. Wichtig ist dabei, daß im Bereich oberhalb der Einbauten 3 und 4, im Sekundärbereich II d.h. hinter der vierten Zone D keine weitere Sekundärluft mehr zugegeben wird.
Zur Erläuterung der Zugabe der Schleierluft 20 ist in der Fig. 4 ein Schnitt durch eine Seitenwand der Anlage in Höhe des Feuerungsraumes 10 dargestellt. In der Seitenwand 17 verläuft ein Kühluftkanal 19, durch welchen Kühlluft 22 mittels nicht mehr dagestellter Gebläse zur Kühlung der Seitenwände mit einem bestimmten Kühlluftüberdruck im Gleichstrom zur Verbrennungsrichtung 6 geführt wird. Diese Seitenwand 17 ist in dem, neben dem Primärbereich I gelegenen Teilbereich 18 zwischen Primärbereich I und Kanal 19 luftdurchlässig ausgebildet, so daß aus dem Kanal 19 Schleierluft 20 in den Primärbereich I austreten kann. Die Luftdurchlässigkeit kann durch Porositäten, kleine Kanäle oder anderweitige Durchgänge 21 erreicht werden. Der Teilbereich 18 der Seitenwand 17 mit der Porosität oder den Öffnungen liegt dabei vorzugsweise oder überwiegend nur im Bereich der Zonen A und B.
Durch Vorgabe der Luftdurchlässigkeit und/oder Variieren des Kühlluftdruckes kann die Schleierluft 20 beliebig dosiert werden. Die Temperatur der Schleierluft bestimmt sich durch ihre Aufheizung in der Wand.
Der Primärbereich I ist nach unten durch den Rost 1, nach oben durch die keramischen Platteneinbauten 3 und 4 begrenzt, nach den Seiten durch die unteren Seitenwände 18 in Form der Feuerraumausmauerung. Diese Seitenwand 18 im Primärbereich I weist ganz oder teilweise, wie bereits beschrieben, eine definierte Luftdurchlässigkeit für den Durchtritt der Schleierluft 20 auf. Die Luftdurchlässigkeit kann durch eine gleichmäßige, bestimmte und einstellbare Luftdurchlaßrate der Wand selbst oder einzelner Wandteile erreicht werden. Dies ist für den erwähnten Fall besonders günstig, bei dem die Schleierluft 20 der die Seitenwand 17 von außen kühlenden Kühlluft 22 entnommen wird. die Schleierluft 20 kann aber auch durch einzelne oder mehrere Öffnungen in der Wand aus anderen Quellen zugeführt werden.
In der Fig. 3 sind im unteren Teil die Temperaturverläufe des neuen Verfahrens über den einzelnen Zonen grafisch dargestellt und im oberen Teil weitere Kennwerte der Verbrennung. Dabei handelt es sich um Meßwerte eines Versuches, der in einer Müllverbrennungsanlage durchgeführt wurde. Die Kurven mit den runden Meßpunkten zeigen dabei den Temperaturverlauf im Primärbereich I, d.h. in den Zonen A, B, C und D an den Meßstellen T70 bis T75, die Kurven mit den eckigen Punkten an den Meßstellen T105 bis T107 im Abgaszug. Die vollen Punkte zeigen dabei den Temperaturverlauf ohne Zugabe der Schleierluft 20, die hohlen Punkte den beim erfindungsgemäßen Verfahren gewünschten Verlauf mit Zugabe der Schleierluft 20. Es zeigt sich dabei deutlich, daß die geforderte Temperaturabsenkung der hinteren Zonen C und D erreicht wird. Dabei haben sich Volumenverhältnisse von etwa 1/5 bis 1/6 von Schleierluft zu Primärluft (d. h. ungefähr 14 - 17 % Schleierluftanteil an der Gesamtluft) bei den gezeigten Verbrennungstemperaturen und Schleierlufttemperaturen von ca. 500° C bis 750°C als besonders günstig erwiesen.
In den Zonen A, B, C und D des Primärbereiches I laufen wie vorstehend schon beschrieben, sämtliche Prozesse wie Trocknung, Entgasung, Vergasung, Sinterreaktionen und Gasphasenreaktionen oberhalb des Gutbettes ab. Eine übliche Stufung der Primärluftzugabe aus den Unterwindzonen a, b, c und d bei den Versuchen gemäß der Fig. 3 beträgt dabei bei einem Brennstoffdurchsatz von ungefähr 170 kg/h: je 100 Nm³/h in Zone A und D und je 200 Nm³/h in den Zonen B und C. Zur Unterstützung der Gasphasenreaktionen in den Zonen A und B über dem Gutbett auf dem Rost 1 wird nun dabei die bereits erwähnte Schleierluft von 100-120 Nm³/h durch die den Feuerraum längs begrenzende Seitenwand 18 überwiegend den Zonen A und B zugeführt. Aufgrund der Führungsart durch die heissen Wände hindurch tritt die Schleierluft mit den erwünschten Temperaturen von 500° C bis 750° C in den Primärraum I ein, wobei die Temperatur in diesem Bereich durch luftseitige Maßnahmen vorgebbar ist.
Der Sekundärraum II schließt sich unmittelbar an den Primärraum I an. In diesen Sekundärraum II wird, wie bereits ausgeführt, keine weitere Verbrennungsluft mehr eingespeist. Für die dort ablaufenden chemischen Reaktionen, z. B. den restlichen CO-Umsatz, reicht der durch Primär- und Schleierluft angebotene Sauerstoff aus.
Bei den Versuchen mit der beschriebenen Anlage im Gleichstrom, d. h. mit den Einbauten 3 und 4 wurde durch Zugabe von Primärluft aus den vier Unterwindzonen a, b, c, und d des Rostes in Verbindung mit der Zugabe von Schleierluft 20 aus der Seitenwandkühlung eine vollständige Verbrennung mit CO-Werten < 5 mg/Nm³ realisiert. Durch die besondere Luftzugabe in die Zonen A, B, C und D kann dort auf die Temperaturverteilung im Gaskanal gezielt Einfluß genommen werden. Wenn brennraumseitig nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgegangen wird, ergeben sich abwärts der Strömung die gewünschten Temperaturen über lange Wegstrecken von 870 bis 930°C, die neben der NO_x-Minderung im Abgaszug noch zusätzlich für einen sehr guten Ausbrand des Abgases verantwortlich sind.
Versuche zeigten dabei die folgenden Ergebnisse, die im oberen Teil, der Tabelle der Fig.3 angeführt sind:

Verbrennung ohne Schleierluft:: ca.170 mg/Nm³ NO_x im Abgaszug, (Temperaturverlauf volle Punkte)
Verbrennung mit Schleierluft:: ca.55 mg/Nm³ NO_x im Abgaszug, (Temperaturverlauf hohle Punkte),

_Br

_x

³

Es konnte somit gezeigt werden, daß mit dem neuen Verfahren durch rein brennraumseitige Maßnahmen zu erwartende Emissionsgrenzwerte von möglicherweise erheblich unter 200 mg/Nm³ NO_x ohne weitere Entstickung im Abgasstrang weit unterboten werden können.

Bezugszeichenliste:

I: Primärbereich
II: Sekundärbereich

a -: d Unterwindzonen

1: Vorschubrost
2: Abgas (2a - 2e Strömungspfeile)
3: Platten
4: geneigte Platte
5: Verbrennungszone
A Trocknung- und Pyrolysezone
B Entgasungs- und Vergasungszone
C Ausbrandzone
D Sinterzone
6: Verbrennungsrichtung
7: Rostende
8: Anfangsbereich
9: obere Wand
10: Feuerungsraum
11: Brennguteintrag
12: Abströmöffnung
13: Rauchgaszug
14: Ascheaustrag
15: Simse
16: Stirnwand
17: Seitenwände
18: Seitenwand Primärbereich
19: Kühlluftkanal
20: Schleierluft
21: Porosität oder Kanäle
22: Kühlluft

T70 - T75: Temperaturmeßstellen im Brennraumbereich
T105 - 107: Temperaturmeßstellen im Abgaszug

Claims

Verfahren zur Verbrennung von thermisch zu behandelnden Stoffen, z.B. von Hausmüll nach dem Prinzip der Gleichstromfeuerung auf dem Rost (1) einer Verbrennungsanlage mit Zuführung von Primärluft (a-d) von unten durch den Rost (1), bei welchem das heiße Abgas (2) mittels oberhalb des Feuerungsrostes (1) angeordneter Einbauten (3,4) im Primärbereich I über einen Teil der Rostlänge mit der Feststoffbewegung auf dem Rost (1) über diesem in Verbrennungsrichtung (6) zwangsgeführt, anschließend im Bereich des Rostendes (7) nach oben um das Ende der Einbauten (3, 4) herum und oberhalb der Einbauten (3, 4) im Sekundärbereich II abgeleitet oder mindestens teilweise über den Einbauten (3, 4) in Gegenrichtung wieder zurückgeführt und dann abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- in einer ersten Zone (A) des Feuerungsraumes (10) über dem Rost (1), der Trocknungs- und Pyrolysezone im Primärbereich I, eine mittlere Temperatur im Bereich von unter 900°C,

- in einer zweiten Zone (B), der Entgasungs- und Vergasungszone, eine mittlere Temperatur im Bereich von etwa 1000°C,

- in einer dritten Zone (C), der Ausbrandzone, eine gegenüber der zweiten Zone (B) wieder niedrigere mittlere Temperatur im Bereich von 950°C bis unter 900°C und

- in einer vierten Zone (D), der Sinterzone, eine Temperatur von unter 900°C bis unter 700°C eingestellt wird und daß

- dazu die Primärluft zonenweise aus den Unterwindzonen (a, b, c und d) durch den Rost zugeführt wird, wobei die Luftmengen für die Zonen A und B so dosiert werden, daß dort im Gutbett eine unterstöchiometrische Verbrennung stattfindet und daß

- durch die Seitenwand oder -wände des Brennraumes hindurch überwiegend oder nur in den Bereich der Zonen A und B des Feuerungsraumes (10) unterhalb der Einbauten, d. h. in den Brennraum über dem Rost zusätzliche Luft gleicher oder niedrigerer Temperatur gegenüber der Brennraumtemperatur als Schleierluft in den Brennraum zugegeben wird und daß

- im Bereich oberhalb der Einbauten, im Sekundärbereich II d. h. hinter der vierten Zone (D) keine weitere Luft zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schleierluft in einem Temperaturbereich von etwa 500°C bis 750°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis von Schleierluft zu Primärluft etwa 1/5 bis 1/6 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleierluft der die Seitenwand des Brennraumes kühlenden Kühlluft entnommen wird.
Verbrennungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Verbrennung von thermisch zu behandelnden Stoffen, z.B. von Hausmüll nach dem Prinzip der Gleichstromfeuerung auf dem Rost einer Verbrennungsanlage mit Zuführung von Primärluft von unten durch den Rost, bei welchem das heiße Abgas mittels oberhalb des Feuerungsrostes angeordneter Einbauten im Primärbereich I über einen Teil der Rostlänge mit der Feststoffbewegung auf dem Rost über diesem in Verbrennungsrichtung zwangsgeführt, anschließend im Bereich des Rostendes nach oben um das Ende der Einbauten herum und oberhalb der Einbauten im Sekundärbereich II abgeleitet oder mindestens teilweise über den Einbauten in Gegenrichtung wieder zurückgeführt und dann abgeleitet wird und bei welchem
- in einer ersten Zone (A) des Feuerungsraumes (10) über dem Rost (1), der Trocknungs- und Pyrolysezone im Primär-bereich I, eine mittlere Temperatur im Bereich von unter 900°C,

- in einer zweiten Zone (B), der Entgasungs- und Vergasungszone, eine mittlere Temperatur im Bereich von etwa 1000°C,

- in einer dritten Zone (C), der Ausbrandzone, eine gegenüber der zweiten Zone (B) wieder niedrigere mittlere Temperatur im Bereich von 950°C bis unter 900°C und

- in einer vierten Zone (D), der Sinterzone, eine Temperatur von unter 900°C bis unter 700°C eingestellt wird und bei welchem dazu

- die Primärluft zonenweise aus den Unterwindzonen (a, b, c und d) durch den Rost zugeführt wird, wobei die Luftmengen für die Zonen A und B so dosiert werden, daß dort im Gutbett eine unterstöchiometrische Verbrennung stattfindet und bei dem weiter

- durch die Seitenwand oder -wände des Brennraumes hindurch überwiegend oder nur in den Bereich der Zonen A und B des Feuerungsraumes (10) unterhalb der Einbauten, d.h. in den Brennraum über dem Rost zusätzliche Luft gleicher oder niedrigerer Temperatur gegenüber der Brennraumtemperatur als Schleierluft in den Brennraum zugegeben wird und daß

- im Bereich oberhalb der Einbauten, im Sekundärbereich II d.h. hinter der vierten Zone (D) keine weitere Luft mehr zugegeben wird mit den folgenden Merkmalen:
a) oberhalb des Rostes (1) und unterhalb der oberen Wand (9) des Feuerungsraumes (10) ist eine Zwischenwand (3, 4) etwa gleicher Länge wie die Zonen (A,B,C,D) eingesetzt, die den Primärbereich (I) nach oben und den über ihr gelegenen Sekundärbereich (II) nach unten begrenzt,

b) die Zwischenwand (3, 4) sitzt dicht zwischen den Seitenwänden (17) und der Stirnwand (16) des Feuerungsraumes und reicht, - in Verbrennungsrichtung (6) gesehen -, bis etwa in den Bereich des Rostendes (7) oder der Verbrennungszone (5),

c) hinter dem Ende der Zwischenwand (3,4), - in Verbrennungsrichtung (6) gesehen -, befindet sich ein Umlenkbereich für die Umlenkung der Rauchgase (2) nach oben um die Zwischenwand (3, 4) vom Primär- (I) in den Sekundärbereich (II) und zu der Abströmöffnung (12) gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

d) in der Seitenwand (17) ist ein Kühlluftkanal (19) gelegen, durch welchen Kühlluft (22) geblasen wird,

e) die Seitenwand (17) weist in dem, neben dem Primärbereich (I) gelegenen Teilbereich (18) zwischen Primärbereich (I) und dem Kanal (19) eine definierte Luftdurchlässigkeit für die Kühlluft (22) auf, so daß aus dem Kanal (19) Schleierluft (20) in den Primärbereich (I) austreten kann.
Verbrennungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich (18) der Seitenwand (17) gleich- oder ungleichmäßig verteilte Porosität besitzt.
Verbrennungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Teilbereich (18) der Seitenwand (17) Öffnungen oder Kanäle führen.
Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich (18) der Seitenwand (17) mit der Porosität oder den Öffnungen nur oder überwiegend im Bereich der Zonen A und B liegt.
Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand aus einzelnen hintereinanderliegenden Keramikplatten (3, 4) besteht, die auf an den Seitenwänden (17) des Feuerungsraumes (10) angebrachten Simsen (15) aufgelegt sind.
Verbrennungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Keramikplatte (4), in Verbrennungsrichtung (6) gesehen, gegen den Rost (1) hin geneigt ist.