EP1078203A1 - Method for the heat treatment of solids - Google Patents
Method for the heat treatment of solidsInfo
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- EP1078203A1 EP1078203A1 EP99917726A EP99917726A EP1078203A1 EP 1078203 A1 EP1078203 A1 EP 1078203A1 EP 99917726 A EP99917726 A EP 99917726A EP 99917726 A EP99917726 A EP 99917726A EP 1078203 A1 EP1078203 A1 EP 1078203A1
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- F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers
Definitions
- the invention relates to a method for the thermal treatment of solids, in particular wastes such as domestic and urban waste, in which the solids are burned / gasified or pyrolyzed in a first stage with a lack of oxygen, and the exhaust gases of the first stage then in a post-combustion chamber with an oxygen-containing gaseous Mixed medium and burned with complete burnout.
- the exhaust gases generated during combustion in and above the bed have a strongly fluctuating composition and temperature in terms of location and time. These exhaust gases are therefore subsequently used in conventional systems of secondary air or secondary air and recirculated flue gas mixed.
- the secondary air fulfills the following functions:
- the primary air added in the first stage is usually sufficient to burn the fuel completely, the secondary air is used to achieve the cross-mixing of the exhaust gas (mixing of CO-containing gas strands with 0 2 -containing gas strands).
- the amount of secondary air blown in must be selected to be correspondingly high. However, this excess of air adversely increases the amount of exhaust gas.
- EP 0 607 210 B1 describes a method for the combustion of solids, in which, in addition to the primary air, no further combustion air is fed into the combustion boiler.
- EP 0 607 210 B1 proposes, on the one hand, to add as much primary air in the first stage that a Excess oxygen results and, on the other hand, water vapor is injected into the combustion boiler above the combustion chamber and in the lower region of the afterburning chamber at a supersonic speed generated by excess pressure.
- This method has the disadvantage that the nitrogen contained in the fuel is oxidized to NO to an increased extent when there is excess air in the first combustion stage, and as a result low NOx emissions cannot be achieved.
- the afterburning chamber was completely separated from the combustion chamber and connected by a pipe.
- the exhaust gas flow was homogenized by turbulence when flowing through this pipe.
- a pipe as a connection between the primary combustion chamber and the afterburning chamber is disadvantageous in the case of a large-scale design (wear and tear).
- the invention tries to avoid these disadvantages. It is based on the object of a process for the thermal treatment of solids, in particular waste, in which the solids are burned / gasified or pyrolyzed in a first stage with a lack of oxygen, and subsequently the escaping gases are mixed with the oxygen-containing medium required for a complete burnout and are burned to develop, eliminating local concentration and temperature fluctuations in the exhaust gas of the first stage and thereby minimizing the pollutant concentrations, in particular the NOx emissions.
- the exhaust gases emerging from the first stage are actively homogenized in a mixing stage with the addition of a gaseous oxygen-free or low-oxygen medium before they are mixed with the oxygen-containing medium and the homogenized oxygen-poor exhaust gas stream emerging from the mixing stage passes through a steady-state zone before the addition of the oxygen-containing medium required for complete burnout, the dwell time in the steady-state zone being at least 0.5 seconds.
- the advantages of the invention are that the gases emerging from the first stage no longer have any concentration and temperature fluctuations due to their subsequent homogenization when they are mixed with the burnout air. Due to the additional residence of the homogenized gas flow in the persistence zone under lack of air (substoichiometric air ratio), the NO already formed can be reduced to N 2 by the NH X , HCN and CO present. As a result, only minimal pollutant emissions occur in the thermal treatment of the solids according to the invention.
- recirculated exhaust gas water vapor, oxygen-depleted air or inert gases such as nitrogen are used as gaseous oxygen-free or low-oxygen media for homogenization.
- gases are advantageously injected into the mixing zone perpendicular to the direction of flow of the exhaust gases or, in order to improve the homogenization and mixing effect, at a certain angle opposite or equal to the direction of flow of the exhaust gases from the first stage.
- the active homogenization of the exhaust gases emerging from the first stage is advantageously carried out by narrowing or widening the cross section of the flow channel.
- the afterburning stage is a fluidized bed and the oxygen-containing gaseous medium is supplied at the entry into the fluidized bed or directly into the fluidized bed.
- the oxygen-containing gaseous medium is supplied at the entry into the fluidized bed or directly into the fluidized bed.
- the steady-state zone is a fluidized bed and the gaseous oxygen-free or low-oxygen medium is supplied at the entry into the fluidized bed or directly into the fluidized bed.
- FIG. 2 shows a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a second embodiment of the invention, in which a fluidized bed is used as the first stage;
- FIG. 3 shows a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a third embodiment variant of the invention, in which a combustion grate is used as the first stage and a fluidized bed is used as the afterburning zone;
- a combustion grate and a fluidized bed are used as a steady zone
- FIG. 5 shows a partial longitudinal section of a plant analogous to FIG. 3, in which the afterburning zone is a circulating fluidized bed.
- Figure 1 shows schematically part of a plant for the thermal treatment of solids, for. B. garbage or coal in a first embodiment of the invention.
- waste is to be used.
- a grate 2 is arranged in the lower part of a boiler 1, of which only the first train is shown and whose further radiation trains and its convective part are not shown in FIG. 1.
- a medium-current grate combustion is implemented, i. H. the afterburning chamber 14 is arranged in the middle above the grate 2.
- the solids 3, in this case waste, are charged into the boiler 1 and come to rest on the grate 2.
- Primary air 4 is blown through the grate 2 from below. Since only a small proportion of primary air 4 is supplied, only partial combustion or gasification of the waste takes place in this first process stage 5 because of the lack of air or oxygen. It arise in this first 8th
- Stage 5 CO-containing and 0 2 -low exhaust gases 6, which subsequently flow into a mixing zone 7.
- the exhaust gas 6 emerging from the first stage 5 is actively homogenized in this mixing zone 7.
- At least one almost oxygen-free or low-oxygen gaseous medium 8 is added to the mixing zone 7.
- water vapor 9 and, on the other hand, recirculated flue gas 10 are added as medium 8.
- Nitrogen or other inert gases and air with a reduced oxygen content are also suitable for homogenizing the exhaust gas 6 of the first stage 5. It is sufficient if one of these media 8 is introduced into the mixing zone 7, but of course mixtures between these different media 8 are also suitable. 1, the gaseous medium 8 is injected into the mixing zone 7 approximately perpendicular to the flow direction of the exhaust gases 6 in this exemplary embodiment.
- the mixing zone 7 is characterized by changes in the cross section of the walls of the boiler 1, ie changes in the cross section 11 of the flow channel. These cross-sectional changes can be both narrowing and widening of the flow channel.
- the cross-sectional changes 11 support the exhaust gas homogenization.
- additional internals 12 are arranged in the mixing zone 7, which ensure a flow deflection of the exhaust gases 6 and thus further mixing and active homogenization of the exhaust gases 6.
- the static mixer 12 have cavities (not shown in the figure), which with coolant, for. B. air, water or water vapor.
- the homogenized CO-rich exhaust gas emerging from the mixing zone 7 then passes into a steady-state zone 13 in which there is also a lack of oxygen, that is to say a substoichiometric air ratio is present.
- a steady-state zone 13 part of the NO already formed from the furnace is reduced to N 2 in the presence of CO, NH, and HCN.
- the residence time of the homogenized exhaust gases in the steady-state zone 13 is at least 0.5 seconds. At a normal exhaust gas velocity of approximately 4 m / s, this means that the steady-state zone must be at least approximately 2 m long.
- the exhaust gas then flows from the steady-state zone into the post-combustion stage 14. There, an oxygen-containing medium 15, for example air (secondary air), is mixed in, so that a complete burnout of the exhaust gas is ensured.
- an oxygen-containing medium for example air (secondary air)
- the process according to the invention for the graded thermal treatment of solids is characterized by simple process steps and by a 10
- FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention, which differs from the first exemplary embodiment only in that a fluidized bed 16 is used instead of the combustion grate in the first process stage 5.
- the waste 3 is burned sub-stoichiometrically in the fluidized bed 16, a very good material and heat exchange advantageously taking place and local temperature peaks being prevented.
- the mixing and homogenization of the gas 6 emerging from the fluidized bed 16 (first stage 5) also takes place, as in the first exemplary embodiment, in the subsequent mixing zone 7, into which a gaseous, virtually oxygen-free or low-oxygen medium 8, for. B.
- FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which, in contrast to the example shown in FIG. 1, the afterburning zone 14 is designed as a fluidized bed 16.
- the oxygen-containing gaseous medium 15 is introduced either directly into the fluidized bed 16 or at the inlet into the fluidized bed 16. These two alternatives are shown in FIG. 3.
- the afterburning zone 14 as a fluidized bed 16
- local hot zones with high thermal NOx formation are avoided due to the increased heat transfer due to the presence of particles.
- caking on heat exchanger walls can be prevented and corrosion on heat exchanger surfaces can be considerably reduced.
- Higher steam pressures and temperatures can also be set, which enable a higher thermal efficiency of the incineration plant.
- FIG. 4 shows a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a fourth embodiment variant of the invention, in which a combustion grate 2 is used as the first stage and a fluidized bed 16 is used as the persistence zone 13.
- the mixing zone 7 in this exemplary embodiment is characterized by a cross-sectional expansion.
- an intensive material and heat exchange then advantageously takes place in the fluidized bed 16 (steady-state zone 13). 12
- FIG. 5 shows a further embodiment variant, which differs from FIG. 3 only in that the fluidized bed 16 in the afterburning stage 14 is a circulating fluidized bed in which the empty pipe speed in the riser pipe is increased.
- the fluidized material is discharged into a cyclone and then returned to the fluidized bed.
- the average vertical gas velocity in the riser pipe is higher than in the classic fluidized bed, and the average relative velocity between gas and particles also increases. This leads to an increased heat and mass exchange between gas and particles and thus to a reduced temperature and concentration distribution.
- the amount of heat removed from the fluidized bed can be varied and the fluidized bed temperature and the temperature at the end of the afterburning zone can be set well.
- the invention is not limited to the exemplary embodiments described.
- the steady-state zone 13 can also be designed as a circulating fluidized bed or a grate system with countercurrent firing is used.
- Boiler rust solids e.g. B. Waste primary air first process stage exhaust gas from item 5 mixing zone oxygen-free or low-oxygen gaseous medium water vapor recirculated exhaust gas cross-sectional changes of the flow channel internals / static mixer steady-state post-combustion stage oxygen-containing gaseous medium fluid bed
Abstract
The invention relates to a method for the heat treatment of solids (3), especially waste products, during which the solids (3) in a first stage (5) are burnt/gasified or pyrolysed in the presence of an oxygen deficiency, after which the exhaust gases (6) resulting from the first stage (5) are mixed in a secondary combustion chamber (14) with an oxygenated gaseous medium (15) and are fully burnt. Before being mixed with the oxygenated medium the exhaust gases (6) resulting from the first stage (5) are actively homogenized in a mixing stage (7) with addition of a gaseous medium (8) containing little or no oxygen. The homogenized exhaust-gas stream then passes through a steady-state zone (13) in which it remains for at least 0.5 seconds before the medium (15) is added in a secondary combustion stage (14) to ensure that the exhaust gas is fully burnt. The method provided for in the invention is characterized by simple process steps and a reduced content of pollutants, notably NOx, in relation to prior art.
Description
Verfahren zur thermischen Behandlung von Feststoffen Process for the thermal treatment of solids
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Feststoffen, insbesondere Abfällen wie Haus- und Stadtmüll, bei welchem die Feststoffe in einer ersten Stufe unter Sauerstoffmangel verbrannt/vergast oder pyrolysiert werden, und die Abgase der ersten Stufe anschliessend in einer Nachbrennkammer mit einem sauerstoffhaltigen gasförmigen Medium vermischt und unter vollständigem Ausbrand verbrannt werden.The invention relates to a method for the thermal treatment of solids, in particular wastes such as domestic and urban waste, in which the solids are burned / gasified or pyrolyzed in a first stage with a lack of oxygen, and the exhaust gases of the first stage then in a post-combustion chamber with an oxygen-containing gaseous Mixed medium and burned with complete burnout.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannter Stand der Technik, stückige Feststoffe, wie z. B. Abfall, in einer Brennkammer, in der Primärluft zugegeben wird, und einer nachgeschalteten Nachbrennkammer, in der Sekundärluft zugegeben wird, zu verbrennen. Üblicherweise wird der Feststoff dabei auf einem Verbrennungsrost umgesetzt. Die Primärluft wird unter dem Rost zugeführt und strömt durch Öffnungen im Rostbelag in das darüberliegende Feststoffbett.It is known prior art, lumpy solids, such as. B. waste, in a combustion chamber in which primary air is added, and a downstream post-combustion chamber in which secondary air is added to burn. The solid is usually reacted on a combustion grate. The primary air is supplied under the grate and flows through openings in the grate to the solid bed above.
Die bei der Verbrennung im und über dem Bett entstehenden Abgase weisen örtlich und zeitlich eine stark schwankende Zusammensetzung und Temperatur auf. Diese Abgase werden daher bei konventionellen Systemen nachfolgend mit Hilfe
von Sekundärluft bzw. Sekundärluft und rezirkuliertem Rauchgas vermischt. Die Sekundärluft erfüllt dabei folgende Funktionen:The exhaust gases generated during combustion in and above the bed have a strongly fluctuating composition and temperature in terms of location and time. These exhaust gases are therefore subsequently used in conventional systems of secondary air or secondary air and recirculated flue gas mixed. The secondary air fulfills the following functions:
- Vermischung der aus der Brennkammer austretenden Gase- Mixing of the gases emerging from the combustion chamber
- Zuführung von Sauerstoff zwecks Gewährleistung des Ausbrandes der Gase- Oxygen supply to ensure the combustion of the gases
- Abkühlung der austretenden Gase.- cooling of the escaping gases.
Die in der ersten Stufe zugegebene Primärluft reicht meist aus, um den Brennstoff vollständig zu verbrennen, die Sekundärluft wird eingesetzt, um die Quervermischung des Abgases zu erreichen (Vermischung von CO-haltigen Gassträhnen mit 02-haltigen Gassträhnen). Um eine ausreichende Vermischung sicherzustellen, muss die Menge der eingeblasenen Sekundärluft entsprechend hoch gewählt werden. Durch diesen Luftüberschuss steigt aber nachteilig die Abgasmenge an.The primary air added in the first stage is usually sufficient to burn the fuel completely, the secondary air is used to achieve the cross-mixing of the exhaust gas (mixing of CO-containing gas strands with 0 2 -containing gas strands). In order to ensure sufficient mixing, the amount of secondary air blown in must be selected to be correspondingly high. However, this excess of air adversely increases the amount of exhaust gas.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird in EP 0 607 210 B1 ein Verfahren zur Verbrennung von Feststoffen beschrieben, bei welchem neben der Primärluft keine weitere Verbrennungsluft in den Verbrennungskessel zugeführt wird. Um den schlechten Ausbrand der Gase, welche durch die unzureichende Vermischung in der Nachbrennkammer hervorgerufen wird und welcher zu hohen Schadstoffgehalten im Abgas führt, zu verbessern, wird in EP 0 607 210 B1 vorgeschlagen, einerseits bereits in der ersten Stufe soviel Primärluft zuzugeben, dass ein Sauer- stoffüberschuss resultiert, und andererseits oberhalb des Feuerraumes und im unteren Bereich der Nachbrennkammer Wasserdampf mit einer durch einen Überdruck erzeugten Überschallgeschwindigkeit in den Verbrennungskessel ein- zudüsen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass der im Brennstoff enthaltene Stickstoff bei Luftüberschuss in der ersten Verbrennungsstufe in erhöhtem Masse zu NO oxidiert wird und dadurch tiefe NOx-Emissionen nicht erreichbar werden.In order to eliminate this disadvantage, EP 0 607 210 B1 describes a method for the combustion of solids, in which, in addition to the primary air, no further combustion air is fed into the combustion boiler. In order to improve the poor burnout of the gases, which is caused by the insufficient mixing in the afterburning chamber and which leads to high pollutant contents in the exhaust gas, EP 0 607 210 B1 proposes, on the one hand, to add as much primary air in the first stage that a Excess oxygen results and, on the other hand, water vapor is injected into the combustion boiler above the combustion chamber and in the lower region of the afterburning chamber at a supersonic speed generated by excess pressure. This method has the disadvantage that the nitrogen contained in the fuel is oxidized to NO to an increased extent when there is excess air in the first combustion stage, and as a result low NOx emissions cannot be achieved.
Weiterhin ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfällen bekannt (Beckmann, M. und R. Scholz: "Vergasung von Abfällen" in "Vergasungsverfahren für die Entsorgung von Abfällen", Springer-VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1998,
S. 80-109), bei dem die Primärluftmenge unter dem Rost so weit reduziert wird, dass eine Vergasung des Brennstoffes auftritt und ein CO-reiches Abgas entsteht. Dieses Abgas wird in einer anschliessenden vollständig abgetrennten Nachbrennkammer mit Luft nachverbrannt. Als Folge der deutlichen Verringerung der Luftzugabe in der ersten Stufe gegenüber konventionellen Rostverbrennungssystemen wird zwar vorteilhaft von einer deutlichen Reduktion der NOx-Emissionen berichtet. Dieses Verfahren wurde aber bisher nur im Probemassstab durchgeführt. Die Nachbrennkammer war dabei vollständig von der Brennkammer getrennt und durch ein Rohr verbunden. Die Homogenisierung des Abgasstromes erfolgte dabei durch Turbulenz beim Durchströmen dieses Rohres. Als Folge der geringen Anlagengrösse und der Führung des Abgasstromes aus der Primärbrennkammer durch ein Verbindungsrohr konnte auf eine Mischeinrichtung für den Abgasstrom aus der Primärbrennkammer verzichtet werden, ohne dass erhöhte Schadstoffkonzentrationen im Abgas nach der Nachbrennkammer auftraten. Der Einsatz eines Rohres als Verbindung der Primärbrennkammer mit der Nachbrennkammer ist jedoch bei einer grosstechnischen Ausführung nachteilig (Verschleiss, Anbak- kungen).Furthermore, a process for the thermal treatment of waste is known (Beckmann, M. and R. Scholz: "Gasification of Waste" in "Gasification Process for the Disposal of Waste", Springer-VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1998, Pp. 80-109), in which the amount of primary air under the grate is reduced to such an extent that gasification of the fuel occurs and a CO-rich exhaust gas is produced. This exhaust gas is afterburned with air in a subsequent completely separated afterburning chamber. As a result of the significant reduction in air addition in the first stage compared to conventional rust combustion systems, a significant reduction in NOx emissions is reported. So far, however, this procedure has only been carried out on a trial scale. The afterburning chamber was completely separated from the combustion chamber and connected by a pipe. The exhaust gas flow was homogenized by turbulence when flowing through this pipe. As a result of the small system size and the routing of the exhaust gas flow from the primary combustion chamber through a connecting pipe, it was possible to dispense with a mixing device for the exhaust gas flow from the primary combustion chamber without increased pollutant concentrations in the exhaust gas occurring after the afterburning chamber. However, the use of a pipe as a connection between the primary combustion chamber and the afterburning chamber is disadvantageous in the case of a large-scale design (wear and tear).
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Erfindung versucht, diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Feststoffen, insbesondere Abfällen, bei welchem die Feststoffe in einer ersten Stufe unter Sauerstoffmangel verbrannt/ vergast oder pyrolysiert werden, und nachfolgend die austretenden Gase mit dem für einen vollständigen Ausbrand benötigten sauerstoffhaltigen Medium vermischt und verbrannt werden, zu entwickeln, wobei lokale Konzentrations- und Temperaturschwankungen des Abgases der ersten Stufe beseitigt und dadurch die Schadstoffkonzentrationen, insbesondere die NOx-Emissionen, minimiert werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass zum Zwecke der NOx- Reduktion die aus der ersten Stufe austretenden Abgase vor ihrer Vermischung mit dem sauerstoffhaltigen Medium in einer Mischstufe aktiv unter Zugabe eines gasförmigen sauerstofffreien oder sauerstoffarmen Mediums homogenisiert werden und der aus der Mischstufe austretende homogenisierte sauerstoffarme Abgasstrom vor der Zugabe des für den vollständigen Ausbrand benötigten sauerstoffhaltigen Mediums eine Beharrungszone durchläuft, wobei die Verweilzeit in der Beharrungszone mindestens 0,5 Sekunden beträgt.The invention tries to avoid these disadvantages. It is based on the object of a process for the thermal treatment of solids, in particular waste, in which the solids are burned / gasified or pyrolyzed in a first stage with a lack of oxygen, and subsequently the escaping gases are mixed with the oxygen-containing medium required for a complete burnout and are burned to develop, eliminating local concentration and temperature fluctuations in the exhaust gas of the first stage and thereby minimizing the pollutant concentrations, in particular the NOx emissions. This is achieved according to the invention in that, for the purpose of NOx reduction, the exhaust gases emerging from the first stage are actively homogenized in a mixing stage with the addition of a gaseous oxygen-free or low-oxygen medium before they are mixed with the oxygen-containing medium and the homogenized oxygen-poor exhaust gas stream emerging from the mixing stage passes through a steady-state zone before the addition of the oxygen-containing medium required for complete burnout, the dwell time in the steady-state zone being at least 0.5 seconds.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die aus der ersten Stufe austretenden Gase aufgrund ihrer anschliessenden Homogenisierung keine Konzentrations- und Temperaturschwankungen mehr aufweisen, wenn sie mit der Aus- brandluft gemischt werden. Durch das zusätzliche Verweilen des homogenisierten Gasstromes in der Beharrungszone unter Luftmangel (unterstöchiometrisches Luftverhältnis) kann das bereits gebildete NO durch die anwesenden NHX, HCN und CO zu N2 reduziert werden. Demzufolge entstehen bei der erfindungsgemä- ssen thermischen Behandlung der Feststoffe nur minimale Schadstoffemissionen.The advantages of the invention are that the gases emerging from the first stage no longer have any concentration and temperature fluctuations due to their subsequent homogenization when they are mixed with the burnout air. Due to the additional residence of the homogenized gas flow in the persistence zone under lack of air (substoichiometric air ratio), the NO already formed can be reduced to N 2 by the NH X , HCN and CO present. As a result, only minimal pollutant emissions occur in the thermal treatment of the solids according to the invention.
Es ist besonders zweckmässig, wenn als gasförmige sauerstofffreie oder sauerstoffarme Medien zur Homogenisierung rezirkuiiertes Abgas, Wasserdampf, sauerstoffverarmte Luft oder inerte Gase, wie beispielsweise Stickstoff verwendet werden. Diese Gase werden in die Mischzone vorteilhaft senkrecht zur Strömungsrichtung der Abgase eingedüst oder, um den Homogenisierungs- und Mischeffekt noch zu verbessern, unter einem bestimmten Winkel entgegengesetzt oder gleichgesetzt zur Strömungsrichtung des Abgases aus der ersten Stufe.It is particularly expedient if recirculated exhaust gas, water vapor, oxygen-depleted air or inert gases such as nitrogen are used as gaseous oxygen-free or low-oxygen media for homogenization. These gases are advantageously injected into the mixing zone perpendicular to the direction of flow of the exhaust gases or, in order to improve the homogenization and mixing effect, at a certain angle opposite or equal to the direction of flow of the exhaust gases from the first stage.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die aktive Homogenisierung der aus der ersten Stufe austretenden Abgase mit Hilfe von in der Mischzone installierten Einbauten (statische Mischer) erfolgt. Diese Einbauten verursachen eine Strömungsumlen-
kung der Abgase und damit ihre effiziente Durchmischung. Es ist zweckmässig, wenn diese Einbauten Hohlräume aufweisen, die mit einem Kühlmedium, z. B. Wasser, Wasserdampf oder Luft, durchströmt werden.It is also advantageous if the active homogenization of the exhaust gases emerging from the first stage takes place with the aid of internals (static mixers) installed in the mixing zone. These internals cause a flow diversion exhaust gases and thus their efficient mixing. It is expedient if these internals have cavities with a cooling medium, for. B. water, steam or air.
Schliesslich wird mit Vorteil die aktive Homogenisierung der aus der ersten Stufe austretenden Abgase durch Querschnittsverengungen oder -erweiterungen des Strömungskanales durchgeführt.Finally, the active homogenization of the exhaust gases emerging from the first stage is advantageously carried out by narrowing or widening the cross section of the flow channel.
Ausserdem ist es zweckmässig, die Temperatur der Abgase im Bereich der Ein- düsung des sauerstoffhaltigen Mediums über die Menge des in die Mischzone zugeführten sauerstofffreien bzw. sauerstoffarmen gasförmigen Mediums zu regeln. Dies ist eine sehr einfache Möglichkeit zum Konstanthalten der Temperatur.In addition, it is expedient to regulate the temperature of the exhaust gases in the area of the injection of the oxygen-containing medium via the amount of the oxygen-free or low-oxygen gaseous medium fed into the mixing zone. This is a very simple way to keep the temperature constant.
Es ist vorteilhaft, wenn als erste Stufe ein Rostsystem mit Mittelstrom-Feuerung oder mit Gegenstromfeuerung verwendet wird.It is advantageous if a grate system with medium-current firing or with counter-current firing is used as the first stage.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn als erste Stufe eine Wirbelschicht eingesetzt wird, da hierdurch ein sehr guter Stoff- und Wärmeaustausch erzielt wird. Lokale Temperaturspitzen und ein lokal erhöhter Verschleiss der Ausmauerung können verhindert werden. Ausserdem können die im Müll enthaltenen Eisen- und Nichteisenmetalle in sehr guter Qualität aus der Asche zurückgewonnen werden.Furthermore, it is advantageous if a fluidized bed is used as the first stage, since a very good mass and heat exchange is thereby achieved. Local temperature peaks and locally increased wear on the lining can be prevented. In addition, the ferrous and non-ferrous metals contained in the waste can be recovered from the ashes in very good quality.
Es ist auch zweckmässig, wenn die Nachverbrennungsstufe eine Wirbelschicht ist und das sauerstoffhaltige gasförmige Medium am Eintritt in die Wirbelschicht oder direkt in die Wirbelschicht zugeführt wird. Als Vorteil können dann infolge des erhöhten Wärmeübergangs durch die Anwesenheit von Partikeln lokale heisse Zonen mit hoher thermischer NOx-Bildung vermieden werden. Ausserdem werden Anbackungen an den Wärmetauscherwänden verhindert, was zu einer Verringerung der Korrosion an den Wärmetauscherflächen führt. Es können höhere
Dampfdrücke und -temperaturen eingestellt werden, die einen höheren thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungsanlage ermöglichen.It is also expedient if the afterburning stage is a fluidized bed and the oxygen-containing gaseous medium is supplied at the entry into the fluidized bed or directly into the fluidized bed. As an advantage, local hot zones with high thermal NOx formation can then be avoided due to the increased heat transfer due to the presence of particles. In addition, caking on the heat exchanger walls is prevented, which leads to a reduction in corrosion on the heat exchanger surfaces. It can be higher Vapor pressures and temperatures can be set which enable a higher thermal efficiency of the incineration plant.
Schliesslich ist es zweckmässig, wenn die Beharrungszone eine Wirbelschicht ist und das gasförmige sauerstofffreie oder sauerstoffarme Medium am Eintritt in die Wirbelschicht oder direkt in die Wirbelschicht zugeführt wird.Finally, it is expedient if the steady-state zone is a fluidized bed and the gaseous oxygen-free or low-oxygen medium is supplied at the entry into the fluidized bed or directly into the fluidized bed.
Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.Several exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 : einen Teillängsschnitt einer Anlage zur thermischen Behandlung von Müll in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung, bei der als erste Stufe ein Verbrennungsrost eingesetzt wird;1: a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a first embodiment of the invention, in which a combustion grate is used as the first stage;
Fig. 2: einen Teillängsschnitt einer Anlage zur thermischen Behandlung von Müll in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung, bei der als erste Stufe eine Wirbelschicht eingesetzt wird;2 shows a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a second embodiment of the invention, in which a fluidized bed is used as the first stage;
Fig. 3: einen Teillängsschnitt einer Anlage zur thermischen Behandlung von Müll in einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung, bei der als erste Stufe ein Verbrennungsrost und als Nachverbrennungszone eine Wirbelschicht eingesetzt werden;3 shows a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a third embodiment variant of the invention, in which a combustion grate is used as the first stage and a fluidized bed is used as the afterburning zone;
Fig. 4: einen Teillängsschnitt einer Anlage zur thermischen Behandlung von Müll in einer vierten Ausführungsvariante der Erfindung, bei der als erste Stufe
74: a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a fourth embodiment of the invention, in which the first stage 7
ein Verbrennungsrost und als Beharrungszone eine Wirbelschicht eingesetzt werden;a combustion grate and a fluidized bed are used as a steady zone;
Fig. 5. einen Teillängsschnitt einer Anlage analog zu Fig. 3, bei der die Nachverbrennungszone eine zirkulierende Wirbelschicht ist.5 shows a partial longitudinal section of a plant analogous to FIG. 3, in which the afterburning zone is a circulating fluidized bed.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen bezeichnet.Only the elements essential for understanding the invention are shown. The direction of flow of the media is indicated by arrows.
Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments and FIGS. 1 to 5.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen Teil einer Anlage zur thermischen Behandlung von Feststoffen, z. B. Müll oder Kohle in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll Müll verwendet werden.Figure 1 shows schematically part of a plant for the thermal treatment of solids, for. B. garbage or coal in a first embodiment of the invention. In the present exemplary embodiment, waste is to be used.
Im unteren Teil eines Kessels 1 , vom welchem nur der erste Zug abgebildet ist und dessen weitere Strahlungszüge und dessen konvektiver Teil in der Fig. 1 nicht dargestellt sind, ist ein Rost 2 angeordnet. In der gezeigten Müllverbrennungsanlage ist eine Mittelstrom-Rostfeuerung realisiert, d. h. die Nachbrennkammer 14 ist in der Mitte oberhalb des Rostes 2 angeordnet.A grate 2 is arranged in the lower part of a boiler 1, of which only the first train is shown and whose further radiation trains and its convective part are not shown in FIG. 1. In the waste incineration plant shown, a medium-current grate combustion is implemented, i. H. the afterburning chamber 14 is arranged in the middle above the grate 2.
Die Feststoffe 3, in diesem Falle Müll, werden in den Kessel 1 chargiert und kommen auf dem Rost 2 zu liegen. Primärluft 4 wird von unten durch den Rost 2 eingeblasen. Da nur ein geringer Anteil an Primärluft 4 zugeführt wird, findet wegen des Luft- bzw. Sauerstoffmangels nur eine Teilverbrennung bzw. eine Vergasung des Mülls in dieser ersten Verfahrensstufe 5 statt. Es entstehen in dieser ersten
8The solids 3, in this case waste, are charged into the boiler 1 and come to rest on the grate 2. Primary air 4 is blown through the grate 2 from below. Since only a small proportion of primary air 4 is supplied, only partial combustion or gasification of the waste takes place in this first process stage 5 because of the lack of air or oxygen. It arise in this first 8th
Stufe 5 CO-haltige und 02-arme Abgase 6, welche nachfolgend in eine Mischzone 7 strömen. In dieser Mischzone 7 wird das aus der ersten Stufe 5 austretende Abgas 6 aktiv homogenisiert.Stage 5 CO-containing and 0 2 -low exhaust gases 6, which subsequently flow into a mixing zone 7. The exhaust gas 6 emerging from the first stage 5 is actively homogenized in this mixing zone 7.
Zum Zwecke einer Homogenisierung wird in der Mischzone 7 mindestens ein nahezu sauerstofffreies oder sauerstoffarmes gasförmiges Medium 8 zugegeben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden als Medium 8 einerseits Wasserdampf 9 und andererseits rezirkuliertes Rauchgas 10 zugegeben. Ebenso zur Homogenisierung des Abgases 6 der ersten Stufe 5 geeignet sind Stickstoff oder andere inerte Gase sowie Luft mit abgesenktem Sauerstoffgehalt. Dabei reicht es aus, wenn eines dieser Medien 8 in die Mischzone 7 eingebracht wird, aber es sind selbstverständlich auch Mischungen zwischen diesen verschiedenen Medien 8 geeignet. Das gasförmige Medium 8 wird, wie die Fig. 1 zeigt, bei diesem Ausführungsbeispiel etwa senkrecht zur Strömungsrichtung der Abgase 6 in die Mischzone 7 eingedüst.For the purpose of homogenization, at least one almost oxygen-free or low-oxygen gaseous medium 8 is added to the mixing zone 7. In the present exemplary embodiment, water vapor 9 and, on the other hand, recirculated flue gas 10 are added as medium 8. Nitrogen or other inert gases and air with a reduced oxygen content are also suitable for homogenizing the exhaust gas 6 of the first stage 5. It is sufficient if one of these media 8 is introduced into the mixing zone 7, but of course mixtures between these different media 8 are also suitable. 1, the gaseous medium 8 is injected into the mixing zone 7 approximately perpendicular to the flow direction of the exhaust gases 6 in this exemplary embodiment.
Eine noch intensivere Vermischung und Homogenisierung wird erreicht, wenn das Medium 8 unter einem Winkel entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Abgase 6 aus der ersten Verfahrensstufe 5 zugegeben wird. Ebenso ist die Zugabe des Mediums 8 unter einem Winkel gleichgesetzt zur Strömungsrichtung der Abgase 6 aus der ersten Verfahrensstufe 5 möglich. Auch ein erhöhter Überdruck des Mediums 8 verbessert die Homogenisierungswirkung.An even more intensive mixing and homogenization is achieved if the medium 8 is added at an angle opposite to the flow direction of the exhaust gases 6 from the first process stage 5. It is also possible to add the medium 8 at an angle equal to the flow direction of the exhaust gases 6 from the first process stage 5. An increased overpressure of the medium 8 also improves the homogenization effect.
Die Mischzone 7 ist im vorliegenden Beispiel durch Querschnittsveränderungen der Wände des Kessels 1 , d.h. durch Querschnittsveränderungen 1 1 des Strö- mungskanales gekennzeichnet. Diese Querschnittsveränderungen können sowohl Verengungen als auch Erweiterungen des Strömungskanales sein. Die Querschnittsveränderungen 11 unterstützen die Abgashomogenisieruπg.
9In the present example, the mixing zone 7 is characterized by changes in the cross section of the walls of the boiler 1, ie changes in the cross section 11 of the flow channel. These cross-sectional changes can be both narrowing and widening of the flow channel. The cross-sectional changes 11 support the exhaust gas homogenization. 9
Weiterhin sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemass Fig. 1 in der Mischzone 7 zusätzliche Einbauten 12 (statische Mischer) angeordnet, die eine Strö- mungsumlenkung der Abgase 6 und damit eine weitere Vermischung und aktive Homogenisierung der Abgase 6 gewährleisten. Die statischen Mischer 12 weisen Hohlräume auf (nicht in der Figur dargestellt), die mit Kühlmittel, z. B. Luft, Wasser oder Wasserdampf, durchströmt werden.Furthermore, in the present exemplary embodiment, according to FIG. 1, additional internals 12 (static mixers) are arranged in the mixing zone 7, which ensure a flow deflection of the exhaust gases 6 and thus further mixing and active homogenization of the exhaust gases 6. The static mixer 12 have cavities (not shown in the figure), which with coolant, for. B. air, water or water vapor.
Selbstverständlich können in anderen Ausführungsbeispielen die o. a. verschiedenen technischen Mittel (Zugabe eines gasförmigen nahezu sauerstofffreien Mediums, Einbauten in die Gasströmung, Querschnittsveränderungen des Strömungs- kanales) auch jeweils alternativ zur Homogenisierung der Abgase 6 aus der ersten Stufe 5 verwendet werden.Of course, in other embodiments, the above. Various technical means (addition of a gaseous, almost oxygen-free medium, built-in elements in the gas flow, changes in cross-section of the flow channel) can also be used alternatively for the homogenization of the exhaust gases 6 from the first stage 5.
Das aus der Mischzone 7 austretende homogenisierte CO-reiche Abgas gelangt anschliessend in eine Beharrungszone 13, in der ebenfalls Sauerstoffmangel herrscht, also ein unterstöchiometrisches Luftverhältnis vorhanden ist. In der Beharrungszone 13 wird ein Teil des bereits gebildeten NO aus der Feuerung in Anwesenheit von CO, NH, und HCN zu N2 reduziert. Von zentraler Bedeutung für die Erfindung ist, dass die Verweilzeit der homogenisierten Abgase in der Beharrungszone 13 mindestens 0,5 Sekunden beträgt. Bei einer üblichen Abgasgeschwindigkeit von etwa 4 m/s bedeutet dies, dass die Beharrungszone mindestens etwa 2 m lang sein muss.The homogenized CO-rich exhaust gas emerging from the mixing zone 7 then passes into a steady-state zone 13 in which there is also a lack of oxygen, that is to say a substoichiometric air ratio is present. In the steady-state zone 13, part of the NO already formed from the furnace is reduced to N 2 in the presence of CO, NH, and HCN. It is of central importance for the invention that the residence time of the homogenized exhaust gases in the steady-state zone 13 is at least 0.5 seconds. At a normal exhaust gas velocity of approximately 4 m / s, this means that the steady-state zone must be at least approximately 2 m long.
Danach strömt das Abgas aus der Beharrungszone in die Nachverbrennungsstufe 14. Dort wird ein Sauerstoff enthaltendes Medium 15, beispielsweise Luft (Sekundärluft), zugemischt, damit ein vollständiger Ausbrand des Abgases sichergestellt ist.The exhaust gas then flows from the steady-state zone into the post-combustion stage 14. There, an oxygen-containing medium 15, for example air (secondary air), is mixed in, so that a complete burnout of the exhaust gas is ensured.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur gestuften thermischen Behandlung von Feststoffen zeichnet sich durch einfache Verfahrensschritte und durch einen ge-
10The process according to the invention for the graded thermal treatment of solids is characterized by simple process steps and by a 10
genüber dem bekannten Stand der Technik verringerten Gehalt an NOx-Emissionen aus. Die Vermischung und Homogenisierung des aus der ersten Stufe 5 austretenden Gases 6 erfolgt hier im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik nicht in der Nachverbrennungszone mittels Sekundärluft, sondern in einer zusätzlichen Mischstufe 7 vor der eigentlichen Nachverbrennung, wobei zwischen der Vermischung der Abgase 6 und der Zuführung der Ausbrandluft 15 eine Beharrungszone 13 für das Abgas unter Sauerstoffmangel eingefügt ist, in welcher die Gase mindestens 0,5 Sekunden lang verweilen müssen. Aus diese Weise werden sowohl Schadstoffemissionswerte reduziert als auch ein vollständiger Ausbrand erreicht.compared to the known prior art reduced content of NOx emissions. In contrast to the known state of the art, the mixing and homogenization of the gas 6 emerging from the first stage 5 does not take place in the post-combustion zone by means of secondary air, but in an additional mixing stage 7 before the actual post-combustion, with mixing of the exhaust gases 6 and the feed a steady-state zone 13 for the exhaust gas in the absence of oxygen is inserted into the burnout air 15, in which the gases must remain for at least 0.5 seconds. In this way, both pollutant emission values are reduced and complete burnout is achieved.
Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemässen Verfahren sehr einfach möglich, die Temperatur der Abgase im Bereich der Eindüsung des sauerstoffhaltigen Mediums 15 zu regeln, indem einfach die Menge des in die Mischzone 7 zugeführten Mediums 8 variiert und den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen angepasst wird.Furthermore, with the method according to the invention it is very easy to regulate the temperature of the exhaust gases in the area of the injection of the oxygen-containing medium 15 by simply varying the amount of the medium 8 fed into the mixing zone 7 and adapting it to the prevailing operating conditions.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiei der Erfindung, welches sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass anstelle des Verbrennungsrostes in der ersten Verfahrensstufe 5 eine Wirbelschicht 16 eingesetzt wird. Der Müll 3 wird unterstöchiometrisch in der Wirbelschicht 16 verbrannt, wobei vorteilhaft ein sehr guter Stoff- und Wärmeaustausch stattfindet und lokale Temperaturspitzen verhindert werden. Die Vermischung und Homogenisierung des aus der Wirbelschicht 16 (erste Stufe 5) austretenden Gases 6 erfolgt ebenfalls wie im ersten Ausführungsbeispiel in der sich anschliessenden Mischzone 7, in welche ein gasförmiges nahezu sauerstofffreies oder sauerstoffarmes Medium 8, z. B. Wasserdampf 9 oder rezirkuliert.es Abgas 10, eingebracht wird und ausserdem statische Einbauten 12 angeordnet sind, welche eine Umlenkung der Abgase 6 und damit eine aktive Durchmischung und Homogenisierung bewirken. Das aus der Mischzone 7 austretende homogenisierte CO-reiche Abgas gelangt
1 12 shows a further exemplary embodiment of the invention, which differs from the first exemplary embodiment only in that a fluidized bed 16 is used instead of the combustion grate in the first process stage 5. The waste 3 is burned sub-stoichiometrically in the fluidized bed 16, a very good material and heat exchange advantageously taking place and local temperature peaks being prevented. The mixing and homogenization of the gas 6 emerging from the fluidized bed 16 (first stage 5) also takes place, as in the first exemplary embodiment, in the subsequent mixing zone 7, into which a gaseous, virtually oxygen-free or low-oxygen medium 8, for. B. water vapor 9 or rezirkIERT.es exhaust gas 10 is introduced and also static internals 12 are arranged which cause a deflection of the exhaust gases 6 and thus an active mixing and homogenization. The homogenized CO-rich exhaust gas emerging from the mixing zone 7 arrives 1 1
anschliessend in eine Beharrungszone 13, in der ebenfalls Sauerstoffmangel herrscht. In der Beharrungszone 13 wird ein Teil des bereits gebildeten NO aus der Feuerung in Anwesenheit von CO, NH; und HCN zu N2 reduziert. Danach strömt das Abgas aus der Beharrungszone 13 in die Nachverbrennungsstufe 14. Dort wird ein Sauerstoff enthaltendes Medium 15, beispielsweise Luft, zugemischt, damit ein vollständiger Ausbrand des Abgases sichergestellt ist.then in a steady-state zone 13 in which there is also a lack of oxygen. In the steady-state zone 13, part of the NO already formed is removed from the furnace in the presence of CO, NH; and HCN reduced to N 2 . The exhaust gas then flows from the steady-state zone 13 into the post-combustion stage 14. There, an oxygen-containing medium 15, for example air, is mixed in, so that a complete burnout of the exhaust gas is ensured.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel die Nachverbrennungszone 14 als Wirbelschicht 16 ausgebildet ist. Das sauerstoffhaltige gasförmige Medium 15 wird dabei entweder direkt in die Wirbelschicht 16 oder am Eintritt in die Wirbelschicht 16 eingebracht. In Fig. 3 sind diese beiden Alternativen dargestellt. Durch die Ausbildung der Nachverbrennungszone 14 als Wirbelschicht 16 werden infolge des erhöhten Wärmeübergangs durch die Anwesenheit von Partikeln lokale heisse Zonen mit hoher thermischer NOx-Bildung vermieden. Ausserdem können Anbackungen an Wärmetauscherwänden verhindert und die Korrosion an Wärmetauscherflächen beträchtlich verringert werden. Es können auch höhere Dampfdrücke und -temperaturen eingestellt werden, die einen höheren thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungsanlage ermöglichen.FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which, in contrast to the example shown in FIG. 1, the afterburning zone 14 is designed as a fluidized bed 16. The oxygen-containing gaseous medium 15 is introduced either directly into the fluidized bed 16 or at the inlet into the fluidized bed 16. These two alternatives are shown in FIG. 3. By designing the afterburning zone 14 as a fluidized bed 16, local hot zones with high thermal NOx formation are avoided due to the increased heat transfer due to the presence of particles. In addition, caking on heat exchanger walls can be prevented and corrosion on heat exchanger surfaces can be considerably reduced. Higher steam pressures and temperatures can also be set, which enable a higher thermal efficiency of the incineration plant.
In Fig. 4 ist einen Teillängsschnitt einer Anlage zur thermischen Behandlung von Müll in einer vierten Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei der als erste Stufe ein Verbrennungsrost 2 und als Beharrungszone 13 eine Wirbelschicht 16 eingesetzt werden. Im Unterschied zu Fig. 1 ist die Mischzone 7 bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Querschnittserweiterung charakterisiert. Bei dem aus der Mischzone 7 austretenden homogenisierten Abgas findet anschliessend vorteilhaft in der Wirbelschicht 16 (Beharrungszone 13) ein intensiver Stoff- und Wärmeaustausch statt.
124 shows a partial longitudinal section of a plant for the thermal treatment of waste in a fourth embodiment variant of the invention, in which a combustion grate 2 is used as the first stage and a fluidized bed 16 is used as the persistence zone 13. In contrast to FIG. 1, the mixing zone 7 in this exemplary embodiment is characterized by a cross-sectional expansion. In the case of the homogenized exhaust gas emerging from the mixing zone 7, an intensive material and heat exchange then advantageously takes place in the fluidized bed 16 (steady-state zone 13). 12
In Fig. 5 ist schliesslich eine weitere Ausführungsvariante dargestellt, die sich nur dadurch von Fig. 3 unterscheidet, dass die Wirbelschicht 16 in der Nachverbrennungsstufe 14 hier eine zirkulierende Wirbelschicht ist, bei der die Leerrohrgeschwindigkeit im Steigrohr erhöht ist. Das Wirbelgut wird in einen Zyklon ausgetragen und anschliessend wieder in die Wirbelschicht zurückgeführt. In der zirkulierenden Wirbelschicht ist die mittlere vertikale Gasgeschwindigkeit im Steigrohr höher als bei der klassischen Wirbelschicht, ebenso erhöht sich die mittlere Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Partikeln. Dies führt zu einem erhöhten Wärme- und Stoffaustausch zwischen Gas und Partikeln und damit zu einer verringerten Temperatur- und Konzentrationsverteilung. Zudem kann mit dem Einsatz eines externen Fliessbettkühlers die aus der Wirbelschicht entnommene Wärmemenge variiert werden und so die Wirbelschichttemperatur und die Temperatur am Ende der Nachbrennzone gut eingestellt werden.Finally, FIG. 5 shows a further embodiment variant, which differs from FIG. 3 only in that the fluidized bed 16 in the afterburning stage 14 is a circulating fluidized bed in which the empty pipe speed in the riser pipe is increased. The fluidized material is discharged into a cyclone and then returned to the fluidized bed. In the circulating fluidized bed, the average vertical gas velocity in the riser pipe is higher than in the classic fluidized bed, and the average relative velocity between gas and particles also increases. This leads to an increased heat and mass exchange between gas and particles and thus to a reduced temperature and concentration distribution. In addition, with the use of an external fluid bed cooler, the amount of heat removed from the fluidized bed can be varied and the fluidized bed temperature and the temperature at the end of the afterburning zone can be set well.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise in einem anderen Ausführungsbeispiel auch die Beharrungszone 13 als zirkulierende Wirbelschicht ausgebildet sein oder es wird ein Rostsystem mit Gegenstrom-Feuerung verwendet.
Of course, the invention is not limited to the exemplary embodiments described. In another exemplary embodiment, for example, the steady-state zone 13 can also be designed as a circulating fluidized bed or a grate system with countercurrent firing is used.
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BezugszeichenlisteReference list
Kessel Rost Feststoffe, z. B. Müll Primärluft erste Verfahrensstufe Abgas aus Pos. 5 Mischzone sauerstofffreies oder sauerstoffarmes gasförmiges Medium Wasserdampf rezirkuliertes Abgas Querschnittsveränderungen des Strömungskanales Einbauten/statische Mischer Beharrungszone Nachverbrennungsstufe sauerstoffhaltiges gasförmiges Medium Wirbelschicht
Boiler rust solids, e.g. B. Waste primary air first process stage exhaust gas from item 5 mixing zone oxygen-free or low-oxygen gaseous medium water vapor recirculated exhaust gas cross-sectional changes of the flow channel internals / static mixer steady-state post-combustion stage oxygen-containing gaseous medium fluid bed
Claims
1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Feststoffen (3), insbesondere Abfall, bei welchem die Feststoffe (3) in einer ersten Stufe (5) unter Sauerstoffmangel verbrannt/vergast oder pyrolysiert werden und die Abgase (6) der ersten Stufe (5) anschliessend in einer Nachverbrennungsstufe (14) mit einem sauerstoffhaltigen gasförmigen Medium (15) vermischt und unter vollständigem Ausbrand verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der NOx-Reduktion die aus der ersten Stufe (5) austretenden Abgase (6) vor ihrer Vermischung mit dem sauerstoffhaltigen Medium (15) in einer Mischstufe (7) aktiv unter Zugabe eines gasförmigen sauerstofffreien oder sauerstoffarmen Mediums (8) in die Mischstufe (7) homogenisiert werden und der aus der Mischstufe (7) austretende homogenisierte sauerstoffarme Abgasstrom vor der Zugabe des für den vollständigen Ausbrand benötigten sauerstoffhaltigen Mediums (15) eine Beharrungszone (13) durchläuft, wobei die Verweilzeit in der Beharrungszone (13) mindestens 0,5 Sekunden beträgt.1. Process for the thermal treatment of solids (3), in particular waste, in which the solids (3) are burned / gasified or pyrolyzed in a first stage (5) in the absence of oxygen and the exhaust gases (6) of the first stage (5) subsequently in a post-combustion stage (14) are mixed with an oxygen-containing gaseous medium (15) and burned with complete burnout, characterized in that, for the purpose of NOx reduction, the exhaust gases (6) emerging from the first stage (5) are mixed before being mixed with the oxygen-containing medium (15) are actively homogenized in a mixing stage (7) with the addition of a gaseous oxygen-free or low-oxygen medium (8) into the mixing stage (7) and the homogenized oxygen-poor exhaust gas stream emerging from the mixing stage (7) before the addition of the complete Burnout required oxygen-containing medium (15) passes through a persistence zone (13), the residence time in the persistence zone ( 13) is at least 0.5 seconds.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmiges Medium (8) rezirkuliertes Abgas (10) verwendet wird.
152. The method according to claim 1, characterized in that recirculated exhaust gas (10) is used as the gaseous medium (8). 15
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmiges Medium (8) Wasserdampf (9) verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that water vapor (9) is used as the gaseous medium (8).
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmiges Medium (8) sauerstoffverarmte Luft verwendet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that oxygen-depleted air is used as the gaseous medium (8).
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmiges Medium (8) Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, verwendet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that inert gas, preferably nitrogen, is used as the gaseous medium (8).
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Homogenisierung der aus der ersten Stufe (5) austretenden Abgase (6) mit Hilfe von in der Mischzone (7) installierten Einbauten (12) erfolgt.6. The method according to claim 1, characterized in that the active homogenization of the exhaust gases (6) emerging from the first stage (5) takes place with the aid of internals (12) installed in the mixing zone (7).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten (12) von einem Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, Wasserdampf oder Luft, durchströmt werden.7. The method according to claim 6, characterized in that the internals (12) are flowed through by a cooling medium, preferably water, steam or air.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Homogenisierung der aus der ersten Stufe (5) austretenden Abgase (6) durch Querschnittsverengungen oder -erweiterungen (11 ) des Strömungskanales in der Mischzone (7) erfolgt.8. The method according to claim 1, characterized in that the active homogenization of the exhaust gases (6) emerging from the first stage (5) is carried out by narrowing or widening the cross section (11) of the flow channel in the mixing zone (7).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Abgase im Bereich der Eindüsung des sauerstoffhaltigen Mediums (15) über die Menge des in die Mischzone (7) zugeführten Mediums (8) geregelt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the temperature of the exhaust gases in the region of the injection of the oxygen-containing medium (15) is regulated via the amount of the medium (8) fed into the mixing zone (7).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beharrungszone (13) die Abgase ein unterstöchiometrisches
1610. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that in the persistence zone (13) the exhaust gases are substoichiometric 16
Luft-Verhältnis aufweisen.Have air ratio.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Stufe (5) ein Rostsystem (2) mit Mittelstrom-Rostfeuerung verwendet wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a grate system (2) with medium-current grate firing is used as the first stage (5).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Stufe (5) ein Rostsystem (2) mit Gegenstrom-Rostfeuerung verwendet wird.12. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a grate system (2) with counter-current grate firing is used as the first stage (5).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Stufe (5) eine Wirbelschicht (16 ) verwendet wird.13. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a fluidized bed (16) is used as the first stage (5).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachverbrennungsstufe (14) eine Wirbelschicht (16) ist und dass das sauerstoffhaltige gasförmige Medium (15) entweder dem Rauchgas (6) am Eintritt in die Wirbelschicht (16) oder direkt in die Wirbelschicht (16) zugeführt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the post-combustion stage (14) is a fluidized bed (16) and that the oxygen-containing gaseous medium (15) either the flue gas (6) at the entry into the fluidized bed (16) or is fed directly into the fluidized bed (16).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beharrungszone (13) eine Wirbelschicht (16) ist und dass das sauerstofffreie oder sauerstoffarme gasförmige Medium (8) entweder dem Rauchgas (6) am Eintritt in die Wirbelschicht (16) oder direkt in die Wirbelschicht (16) zugeführt wird.15. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the steady-state zone (13) is a fluidized bed (16) and that the oxygen-free or low-oxygen gaseous medium (8) either the flue gas (6) at the entry into the fluidized bed (16 ) or directly into the fluidized bed (16).
16. Verfahren nach Anspruch 15 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Wirbelschicht (16) eine zirkulierende Wirbelschicht eingesetzt wird.
16. The method according to claim 15 or 15, characterized in that a circulating fluidized bed is used as the fluidized bed (16).
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