EP1319894A2 - Verfahren zum Verbrennen von Abfällen und Vorrichtung zum Behandeln der Abgase einer Abfallverbrennung - Google Patents

Verfahren zum Verbrennen von Abfällen und Vorrichtung zum Behandeln der Abgase einer Abfallverbrennung Download PDF

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EP1319894A2
EP1319894A2 EP02026518A EP02026518A EP1319894A2 EP 1319894 A2 EP1319894 A2 EP 1319894A2 EP 02026518 A EP02026518 A EP 02026518A EP 02026518 A EP02026518 A EP 02026518A EP 1319894 A2 EP1319894 A2 EP 1319894A2
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gas
combustion exhaust
combustion
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    • F23J2217/00—Intercepting solids
    • F23J2217/10—Intercepting solids by filters

Definitions

  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus with those in the incineration of waste, especially wood waste, by the specified legal requirements, certain limit values can be met, without additional components of the type mentioned, such as activated carbon filters, gas scrubbers and Catalyst systems must be used.
  • the combustion is carried out taking certain parameters into account.
  • the first process step is characterized in that the O 2 content in the exhaust gas is below 4%, preferably between 2.5% and 3%. Due to the constantly fluctuating composition of combustible waste, especially wood waste, there is a corresponding fluctuation range in the O 2 content in the exhaust gas, even with the most careful regulation of the air supply, but the 02 content in the exhaust gas should always be below 4%.
  • the resulting hot gases from the almost stoichiometric combustion are introduced into the waste heat boiler at a temperature which is between approximately 1100 ° C. and 1200 ° C., and remain there for a predetermined period of time in a separate high-temperature retention space to achieve the thermal decomposition of the chlorinated hydrocarbons (dioxin, furan, etc.) generated by the combustion of contaminated waste. You have to orientate yourself to the decomposition time required for the toughest substances contained in the waste.
  • the substances to be decomposed are, in particular, carbon tetrachloride derivatives, such as carbon tetrachlorodibenzodioxin (TCDD). These occur during combustion with a fraction in the order of ppm, that is in the range of 10 -6 volume fractions.
  • the 17th BlmSchV permits 0.1 ng / m 3 , i.e. 10 -13 parts by volume.
  • the dwell time is predetermined as a function of the temperature of the hot gases by the following table: Temperature (° C) Dwell time (s) 1000 2.00 1100 0.60 1200 0.10 1300 0.02 1400 0.01 the dwell time is to be interpolated for a temperature which lies between the specified temperature values.
  • the dwell time begins in a manner known from fluid mechanics with turbulent mixing of the hot gases.
  • the fourth process step involves cooling the decomposed hot gases to one Temperature between 900 ° C and 1050 ° C. A temperature between is preferred 900 ° C and 1000 ° C.
  • a reduction in the NO x content of mostly 500-800 mg / m 3 can be achieved in the fifth process step, so that the limit of the 17th BlmSchV given by the combustion of wood chipboard Falls below 200 mg / m 3 .
  • the hot gases are known before the injection of the substances mentioned Way equalized in temperature and speed to the injected Make the most of the fabric.
  • the sixth process step is followed by the injection and the mixing of the injected substance with the hot gases a second residence time in a required Space, with the time required for the denitrification reaction of at least 0.5 s, preferably 0.6 s, is made available. It is advantageous if the walls of this Dwell space are executed in heat-insulated form, so during the dwell of Exhaust gases prevent their temperature from dropping below the specified limits becomes. After denitrification, the hot gases still have a temperature of 900 ° C to 950 ° C.
  • the hot gases cool to a temperature of 850 ° C to 950 ° C and enter the last boiler train (seventh Process step).
  • the gases must be brought to a temperature at the latest before they cool down the hot gas should be dedusted from around 500 ° C because dust particles lie in a deeper layer Temperature range of condensation nuclei for the formation of secondary furans and dioxins could be.
  • Flue tube bundles are advantageously used for this purpose, which are flowed through with mass flow densities of the hot gases of at least 3 kg / h.cm 2 , preferably 5-7 kg / h.cm 2 , the hot gas flow quantity in kg / h and the flow cross section in cm 2 being given above ,
  • the 17th BlmSchV stipulates limit values for the contained dust, which can only be reached with exhaust gas filters, preferably fabric filters.
  • exhaust gas filters preferably fabric filters.
  • Such filters have a distinctly different function than in previous boiler systems.
  • the almost stoichiometric combustion in the first process step is only possible if the hot gases are sufficiently free of strands, that is to say with turbulent mixing of the reactants. If this mixing takes place at the temperature level of the first process step, i.e. at temperatures of up to 1400 ° C or above, chlorine and fluorine are also converted quantitatively into HCl and HF and can be blown into the cooled hot gases before Ca (OH) 2 be separated from the fabric filter, where the Ca (OH) 2 forms the essential part of the filter cake.
  • the cleaning intervals of the fabric filters are no longer 20-40 minutes, as was previously the case, but 1-3 days.
  • the Ca (OH) 2 in the filter cake is optimally used in these 1-3 days and no longer has to be partially recirculated, as is common today. This in turn saves system and operating costs, which represents a further advantage of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a firing cone 1 according to DE 198 17 122 A1 as a grate combustion system shown. This is the basis of the embodiment because it is compared the smallest excess air and therefore with previous rust or fluidized bed combustion the highest combustion temperatures allowed without slag problems.
  • the firing cone 1 is dimensioned for an output of 8 MW. He is made up of grate bars and rotates slowly around an inclined axis. That in him Any fired material, for example waste wood, is circulated. In the case of fire of B2 wood, about 35% of the combustion air is fed as a downwind is blown under the fuel in the fuel cone.
  • a mixing chamber 3 connects to the afterburning chamber 2. In it becomes the fact exploited that due to the rotating gases in their center a strong negative pressure there is an axial backflow of the gases in the mixing chamber 3 and thus in it creates an additional turbulent mixing, the entire flow cross-section detected, with the exception of a boundary layer close to the wall.
  • annular constriction 4 is formed, which the flow cross section of the hot gases of a free diameter of im Example 1400 mm reduced to a free diameter of 1050 mm in the example.
  • This ring-like constriction 4 namely creates a toroidal stall, which the gases contained in the boundary layer are effectively mixed with the other gases.
  • the now completely mixed hot gases which can have a temperature of up to 1400 ° C, linger long enough to thermally decompose organic substances such as dioxins, furans, CO etc.
  • a first pipe run 6 connects to the high-temperature dwell space 5. Be here the hot gases to the temperature required for denitration using urea Cooled 900 ° C to 1050 ° C.
  • the first pipe pull 6 is preferably a smoke pipe pull trumpet-like inlets designed to stall and backflow avoid. This will be discussed later.
  • the length of the pipes of the first Pipe pull 6 depends on the firing capacity of the fuel cone 1 and afterburner 2 existing incinerator. With decreasing firing capacity can these pipes are made shorter. If the combustion output is sufficiently low or the calorific value of the fuel is low, such as that of very damp wood, can be completely dispensed with the first pipe run 6.
  • High-temperature dwell 5 and the first tube 6 are in a drum 15, which, if they serves the steam generation up to a high-temperature dwell 5 and the first Pipe 6 lying level is filled with water, as by a dashed level line is indicated, but can be completely filled with water for the production of hot water. Water supply and water or steam discharge lines are for reasons of clarity not shown.
  • the first pipe run 6 opens into a homogenization chamber 7, the outlet of which is in turn constricted, which enables the prerequisite for the trouble-free injection of urea or ammonia water to reduce the NO x content of the exhaust gases.
  • These additives are supplied by means of a nozzle 8.
  • a second dwelling space 9 adjoins the homogenizing chamber 7, which is for a Dwell time of 0.6s is designed.
  • the second dwelling space 9 is bricked up to a sufficient To ensure thermal insulation so that during the above-mentioned dwell time the temperature required for denitrification is not undercut and to avoid that urea or ammonia water drops with metallic boiler components in Can come into contact and cause their corrosion.
  • the second dwell 9 is connected downstream to a superheater 10, which in some cases depending on the type of boiler, may be present or may also be missing, for example depending whether to generate wet steam or superheated steam. Then it closes an equalization room 11 to ensure that all hot gases in enter the subsequent second pipe run 12, have the same temperature.
  • a superheater 10 which in some cases depending on the type of boiler, may be present or may also be missing, for example depending whether to generate wet steam or superheated steam. Then it closes an equalization room 11 to ensure that all hot gases in enter the subsequent second pipe run 12, have the same temperature.
  • the equalization space 11 has, as FIG. 2, a cross section along the line A-A of Fig. 1 shows an approximately semicircular cross-section and is with a thermal insulation Provided lining and is downstream with the second pipe train already mentioned 12 connected.
  • This has tube bundles made of tubes of different diameters, the inlet, as in the case of the tubes of the first tube 6, each in the manner of a trumpet is designed.
  • the first section of the second pipe run has a total of 45 parallel tubes with an inner diameter of about 81mm in the example, where the inlet diameter at the beginning of the trumpet-like expansion is approximately 128.5 mm.
  • the detail in area X is shown in FIG. 4.
  • the second section of the second pipe run 12 also exists in the example shown of 45 tubes, but with an inner diameter of about 68 mm, which differs from one Entry diameter narrowed from about 108 mm.
  • the corresponding entry area this second section of the second pipe run is shown as detail Y in FIG. 5.
  • Fig. 1 The two aforementioned sections of the second pipe run are shown in Fig. 1, wherein the downstream end of the first section with the upstream end of the second Section are connected to each other via a deflection chamber 13.
  • the downstream end of the second section of the second pipe run is via a connecting pipe 14 connected to a third section of the second pipe run, which consists of 200 parallel tubes with an inner diameter of about 40 mm each consists of a trumpet-like starting diameter of about 64 mm narrow, as the detail Z shown in FIG. 6 shows.
  • the downstream end of the third section of the second pipe run 12 can with a conventional filter system (not shown).
  • the trumpet-like tube inlets which are shown in the detailed drawings of FIGS. 4-6, are intended to avoid stalling. This is important so that the critical temperature range of the exhaust gases is passed quickly, in about 0.1s, to make the new formation more secondary To hinder furans and dioxins that run slowly and therefore take time. would namely, stalls produce vortices in which portions of the exhaust gases pass over linger for a sufficiently long time that such secondary furans and dioxins are formed.

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Abstract

Die Abgase einer Verbrennung von Abfällen, insbesondere von Holzabfällen, werden ohne Zuhilfenahme von Filtern, Gaswäschern oder Katalysatoranlagen in einen nach der 17. BlmSchV vorgeschriebenen Zustand gebracht. Der Abfall wird nahezu stöchiometrisch verbrannt, die heißen Verbrennungsabgase läßt man eine vorgegebene Zeitdauer auf hoher Temperatur verweilen, bevor sie auf eine Temperatur zwischen 900°C abgekühlt werden, woraufhin ein Entstickungsmittel eingedüst wird, das man eine vorgegebene Zeitdauer einwirken läßt, bevor die Gase weiter abgekühlt werden. Bevor eine untere Grenztemperatur von 450°C erreicht wird, werden die Abgase entstaubt. Die Endbehandlung erfolgt in einem Rohrzug, der mit einer Massenstromdichte von wenigstens 3 kg/h·cm<2> durchströmt wird. <IMAGE>

Description

Bei der Verbrennung von Abfällen, insbesondere von Holzabfällen, entstehen heiße Abgase, die nicht unter die Regelungen der TA Luft fallen und nach Maßgabe der 17. Verordnung zum Bundes-lmmissionsschutzgesetz (17. BlmSchV) behandelt werden sollen. Diese Verordnung gibt Grenzwerte für staub- und gasförmige Emissionen an.
Bislang werden diese Grenzwerte ganz oder teilweise dadurch erreicht, daß die Abgase nach dem Austritt aus einem Abhitzekessel durch eine Zusatzeinrichtung geleitet werden, die beispielsweise ein Aktivkohlefilter, ein Gaswäscher oder eine Katalysatoranlage sein kann. Diese Zusatzeinrichtungen erfordern hohe Investitions- und Betriebskosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen bei der Verbrennung von Abfällen, insbesondere von Holzabfällen, die durch die genannten gesetzlichen Vorgaben bestimmten Grenzwerte eingehalten werden können, ohne daß Zusatzkomponenten der genannten Art, wie Aktivkohlefilter, Gaswäscher und Katalysatoranlagen, eingesetzt werden müssen.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, bezüglich der Vorrichtung durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird die Verbrennung unter Beachtung bestimmter Parameter ausgeführt. Der erste Verfahrensschritt ist dadurch gekennzeichnet, daß der O2-Gehalt im Abgas unter 4%, vorzugsweise zwischen 2,5% und 3% liegt. Aufgrund der stets etwas schwankenden Zusammensetzung der brennbaren Abfälle, insbesondere Holzabfälle, ergibt sich eine entsprechende Schwankungsbreite des O2-Gehaltes im Abgas, auch bei sorgfältigster Regelung der Luftzufuhr, doch sollte der 02-Gehalt im Abgas stets unter 4% liegen.
Vorzugsweise schon jetzt schließt sich an diese nahezu stöchiometrische Verbrennung des Brennstoffs eine wirksame Heißgasentstaubung an. Diese kann zwar auch später ausgeführt werden, sie muß jedenfalls vor Erreichen einer Abgastemperatur von ca. 500°C ausgeführt sein. Findet die Entstaubung unmittelbar nach der Verbrennung statt, sei sie hier als zweiter Verfahrensschritt bezeichnet.
Im dritten Verfahrensschritt werden die so entstandenen Heißgase der nahezu stöchiometrischen Verbrennung mit einer Temperatur, die zwischen ca. 1100°C und 1200°C liegt, in den Abhitzekessel eingeleitet, und verweilen dort bestimmungsgemäß in einem gesonderten Hochtemperatur-Verweilraum für eine vorbestimmte Zeitdauer, um dort die thermische Zersetzung der bei der Verbrennung von belasteten Abfällen entstehenden chlorierten Kohlenwasserstoffe (Dioxin, Furan usw.) zu erreichen. Dabei muß man sich am Zersetzungszeitbedarf der zählebigsten Stoffe, die in den Abfällen enthalten sind, orientieren. Bei Holzabfällen der Belastungsgruppe 2 (gemäß der Klassifikation des Bayerischen Landesamtes für Umweltschutz), das ist beispielsweise Holz von Hausabbruch mit darin enthaltenen Türen, Fensterrahmen mit Blei- und Glasresten, Fußböden mit Belagresten, Möbel mit ihrem Gehalt an Holzspanplatten und PVC-Beschichtungen, wobei Spanplatten hohe N2-Mengen als Kleber enthalten, sind die zu zersetzenden Stoffe insbesondere Tetrachlorkohlenstoff-Abkömmlinge, wie Tetrachlordibenzodioxin (TCDD). Diese treten bei der Verbrennung mit einem Anteil in der Größenordnung von ppm auf, also im Bereich von 10-6 Volumenanteilen. Die 17. BlmSchV läßt diesbezüglich 0,1 ng/m3 zu, also 10-13 Volumenanteile. Daher muß im Hochtemperatur-Verweilraum eine Reduzierung dieser Anteile durch Zersetzung um den Faktor 107 erreicht werden. Je nach O2-Gehalt und der daraus folgenden Temperatur bemißt sich die Größe des Hochtemperatur-Verweilraums (Verweilzeit = Verweilraumvolumen : effektiver Volumenstrom der Heißgase).
Die Verweilzeit ist erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Temperatur der Heißgase durch folgende Tabelle vorgegeben:
Temperatur (°C) Verweilzeit (s)
1000 2,00
1100 0,60
1200 0,10
1300 0,02
1400 0,01
wobei für eine Temperatur, die zwischen den angegebenen Temperaturwerten liegt, die Verweilzeit zu interpolieren ist. Die Verweilzeit beginnt in aus der Strömungslehre bekannter Weise mit erfolgter turbulenter Ausmischung der Heißgase.
Als vierter Verfahrensschritt schließt sich eine Abkühlung der zersetzten Heißgase auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1050°C an. Bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 900°C und 1000°C.
Durch Einspritzen geeigneter Stoffe, wie Harnstoff oder Ammoniakwasser, läßt sich im fünften Verfahrensschritt eine Verringerung des NOx-Gehaltes von meist 500-800 mg/m3 erreichen, so daß auch bei der Verbrennung von Holzspanplatten die von der 17. BlmSchV gegebene Grenze von 200 mg/m3 unterschritten wird.
Vorzugsweise werden vor der Einspritzung der genannten Stoffe die Heißgase in bekannter Weise hinsichtlich Temperatur und Geschwindigkeit vergleichmäßigt, um den eingespritzten Stoff optimal auszunutzen.
Als sechster Verfahrensschritt schließt sich an die Einspritzung und die Vermischung des eingespritzten Stoffs mit den Heißgasen eine zweite Verweilzeit in einem dafür erforderlichen Raum an, wobei die für die Entstickungsreaktion erforderliche Zeit von mindestens 0,5 s, bevorzugt 0,6 s zur Verfügung gestellt wird. Es ist vorteilhaft, wenn die Wände dieses Verweilraumes in wärmeisolierter Form ausgeführt sind, damit während der Verweilung der Abgase ein Absinken von deren Temperatur unter die angegebenen Grenzen verhindert wird. Nach der Entstickung haben die Heißgase noch eine Temperatur von 900°C bis 950°C.
Je nach Kesselkonstruktion, die sich beispielsweise nach der Art des erzeugenden Dampfes richtet, kann hinter dem letztgenannten Verweilraum ein Überhitzer etwa in Form eines Rohrbündels vorgesehen sein. In diesem kühlen die Heißgase auf eine Temperatur von 850°C bis 950°C ab und treten mit dieser Temperatur in den letzten Kesselzug (siebenter Verfahrensschritt) ein.
Wie schon oben angegeben, muß spätestens vor Abkühlung der Gase auf eine Temperatur von etwa 500°C das Heißgas entstaubt sein, weil Staubteilchen in einem tiefer liegenden Temperaturbereich Kondensationskerne für die Bildung sekundärer Furane und Dioxine sein können.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn im achten Verfahrensschritt während der weiteren Abkühlung der Heißgase der Temperaturbereich von ca. 500°C bis ca. 250°C schnell durchfahren wird, weil hierdurch die Bildung sekundärer Furane und Dioxine stark eingeschränkt, wenn nicht gar verhindert wird.
Vorteilhaft werden hierfür Rauchrohrbündel verwendet, die mit Massenstromdichten der Heißgase von wenigstens 3 kg/h·cm2, vorzugsweise 5-7 kg/h·cm2 durchströmt werden, wobei vorstehend die Heißgasströmungsmenge in kg/h und der Strömungsquerschnitt in cm2 angegeben ist.
Die 17. BlmSchV verlangt Grenzwerte für den enthaltenen Staub, die nur mit Abgasfiltern, vorzugsweise Gewebefiltern, erreichbar sind. Solche Filter haben bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine deutlich andere Funktion, als bei bisherigen Kesselanlagen. Die nahezu stöchiometrische Verbrennung im ersten Verfahrensschritt ist nämlich nur bei ausreichender Strähnenfreiheit der Heißgase möglich, das heißt bei turbulenter Durchmischung der Reaktionspartner. Wenn diese Durchmischung im Temperaturniveau des ersten Verfahrensschrittes, also bei Temperaturen von bis zu 1400°C oder darüber, erfolgt, werden auch Chlor und Fluor quantitativ in HCI und HF umgesetzt und können durch eine Einblasung von Ca(OH)2 in die abgekühlten Heißgase vor dem Gewebefilter abgeschieden werden, wo das Ca(OH)2 den wesentlichen Teil des Filterkuchens bildet. Wegen des beim erfindungsgemäßen Verfahren extrem geringen Gesamtstaubgehaltes der Abgase, die an die Gewebefilter gelangen, betragen die Abreinigungsintervalle der Gewebefilter nicht mehr 20 - 40 Minuten, wie bislang üblich, sondern 1 - 3 Tage. Das Ca(OH)2 im Filterkuchen wird in diesen 1 - 3 Tagen optimal ausgenutzt und muß nicht mehr, wie heute üblich, teilweise rezirkuliert werden. Hierdurch werden wiederum Anlage- und Betriebskosten eingespart, was einen weiteren Vorteil der Erfindung darstellt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Verbrennung von Abfallholz näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1
einen erfindungsgemäßen Abhitzekessel, der die Abgase einer Brennkegelrostfeuerung aufnimmt,
Fig. 2
einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 1,
Fig. 3
einen Schnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1, und
Fig. 4-6
vergrößerte axiale Teilschnittdarstellungen der Eintrittsbereiche der Rohre aus den Rohrzügen der Bereiche X, Y und Z von Fig. 1.
In Fig. 1 ist schematisch ein Brennkegel 1 gemäß DE 198 17 122 A1 als Rostfeuerungsanlage dargestellt. Diese ist dem Ausführungsbeispiel zugrunde gelegt, weil sie im Vergleich zu früheren Rost- oder Wirbelschichtfeuerungen die geringsten Luftüberschüsse und damit die höchsten Verbrennungstemperaturen erlaubt, ohne daß Schlackeprobleme auftreten.
Der Brennkegel 1 ist im vorliegenden Fall für eine Leistung von 8 MW dimensioniert. Er ist aus Roststäben aufgebaut und rotiert langsam um eine schrägstehende Achse. Das in ihm befindliche Brenngut, beispielsweise Abfallholz, wird dabei umgewälzt. Im Falle der Verfeuerung von B2-Holz werden etwa 35% der Verbrennungsluft als Unterwind zugeführt, der im Brennkegel unter den Brennstoff geblasen wird.
An die schräg nach oben weisende Mündung den Brennkegels 1 schließt sich eine konische Nachbrennkammer 2 an. Ihr werden die restlichen 65% der Verbrennungsluft als Oberwind zugeführt, in dem sie am oberen Ende kleineren Durchmessers der Nachbrennkammer 2 tangential in diese mit einer Geschwindigkeit von 70 - 80 m/s eingeblasen wird. Der Oberwind versetzt die Gase innerhalb der Nachbrennkammer in Rotation. Dadurch werden schneller Ausbrand sowie ein Anschleudern der in den Brenngasen enthaltenen Staubteilchen bewirkt. Das Anschleudern ist derart wirksam, daß das nach oben beim oberen Durchmesser der Nachbrennkammer 2 austretende Heißgas optisch klar und für den vorliegenden Fall hinreichend staubfrei ist.
An die Nachbrennkammer 2 schließt sich eine Ausmischkammer 3 an. In ihr wird die Tatsache ausgenutzt, daß aufgrund der rotierenden Gase in ihrem Zentrum ein starker Unterdruck herrscht, der eine axiale Rückströmung der Gase in der Ausmischkammer 3 und damit in ihr eine zusätzliche turbulente Durchmischung erzeugt, die den gesamten Strömungsquerschnitt erfaßt, ausgenommen eine wandnahe Grenzschicht.
Um auch noch diese Grenzschicht beizumischen, ist in einem sich an die Ausmischkammer 3 anschließenden Hochtemperatur-Verweilraum 5 eine ringartige Einschnürung 4 ausgebildet, die den Strömungsquerschnitt der Heißgase von einem freien Durchmesser von im Beispiel 1400 mm auf einen freien Durchmesser von im Beispiel 1050 mm verringert. An dieser ringartigen Einschnürung 4 wird nämlich ein toroidaler Strömungsabriß erzeugt, der die in der Grenzschicht enthaltenen Gase wirksam den anderen Gasen beimischt.
In dem Hochtemperatur-Verweilraum 5 können die nun vollständig ausgemischten Heißgase, die eine Temperatur von bis zu 1400°C haben können, ausreichend lange verweilen, um organische Stoffe, wie Dioxine, Furane, CO usw. thermisch zu zersetzen.
An den Hochtemperatur-Verweilraum 5 schließt sich ein erster Rohrzug 6 an. Hier werden die Heißgase auf die für eine Entstickung mittels Harnstoff erforderliche Temperatur von 900°C bis 1050°C abgekühlt. Der erste Rohrzug 6 ist vorzugsweise als Rauchrohrzug mit trompetenartigen Einläufen ausgebildet, um Strömungsabrisse und Rückströmungen zu vermeiden. Hierauf wird später noch eingegangen werden. Die Länge der Rohre des ersten Rohrzuges 6 hängt von der Feuerungsleistung der aus Brennkegel 1 und Nachbrennkammer 2 bestehenden Verbrennungsanlage ab. Mit abnehmender Feuerungsleistung können diese Rohre kürzer gemacht werden. Liegt die Feuerungsleistung ausreichend niedrig oder ist der Heizwert des Brennstoffs niedrig, wie beispielsweise der von sehr feuchtem Holz, kann auf den ersten Rohrzug 6 auch vollkommen verzichtet werden. Hochtemperatur-Verweilraum 5 und erster Rohrzug 6 befinden sich in einer Kesseltrommel 15, die, wenn sie der Dampferzeugung dient, bis zu einem über Hochtemperatur-Verweilraum 5 und erstem Rohrzug 6 liegenden Niveau mit Wasser gefüllt ist, wie durch eine gestrichelte Niveaulinie angedeutet ist, für die Erzeugung von Warmwasser aber ganz mit Wasser gefüllt sein kann. Wasserzulauf- und Wasser- bzw. Dampfabzugleitungen sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Der erste Rohrzug 6 mündet in eine Homogenisierungskammer 7, deren Ausgang wiederum eingeschnürt ist, womit die Voraussetzung für die störungsfreie Eindüsung von Harnstoff oder Amoniakwasser zur Verringerung des NOx-Gehaltes der Abgase zu ermöglichen. Die Zuführung dieser Zuschlagstoffe erfolgt mittels einer Düse 8.
An die Homogenisierkammer 7 schließt sich ein zweiter Verweilraum 9 an, der für eine Verweilzeit von 0,6s ausgelegt ist. Der zweite Verweilraum 9 ist ausgemauert, um eine ausreichende Wärmeisolierung zu gewährleisten, damit während der genannten Verweilzeit der für die Entstickung notwendige Temperaturpegel nicht unterschritten wird und um zu vermeiden, daß Harnstoff- oder Amoniakwassertropfen mit metallischen Kesselbauteilen in Berührung gelangen und deren Korrosion hervorrufen können.
Der zweite Verweilraum 9 ist stromabwärtig mit einem Überhitzer 10 verbunden, der fallweise, je nach Kesselbauart, vorhanden sein oder auch fehlen kann, beispielsweise je nachdem, ob Naßdampf oder überhitzter Dampf erzeugt werden soll. Es schließt sich dann ein Vergleichmäßigungsraum 11 an, mit dem sichergestellt wird, daß aller Heißgase, die in den nachfolgenden zweiten Rohrzug 12 eintreten, gleiche Temperatur haben.
Der Vergleichmäßigungsraum 11 hat, wie Fig. 2 als Querschnitt längs der Linie A-A von Fig. 1 zeigt, einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt und ist mit einer wärmedämmenden Ausmauerung versehen und ist stromabwärtig mit dem schon erwähnten zweiten Rohrzug 12 verbunden. Dieser weist Rohrbündel aus Rohren unterschiedlicher Durchmesser auf, deren Einlauf, wie schon bei den Rohren des ersten Rohrzuges 6, jeweils trompetenartig gestaltet ist. Beispielsweise hat der erste Abschnitt des zweiten Rohrzuges insgesamt 45 einander parallele Rohre mit einem Innendurchmesser von im Beispiel etwa 81mm, wobei der Einlaufdurchmesser am Beginn der trompetenartigen Erweiterung etwa 128,5 mm beträgt. Die Einzelheit im Bereich X ist in Fig. 4 dargestellt.
Der zweite Abschnitt des zweiten Rohrzuges 12 besteht im dargestellten Beispiel ebenfalls aus 45 Rohren, jedoch mit einem Innendurchmesser von etwa 68 mm, der sich von einem Eintrittsdurchmesser von etwa 108 mm ausgehend verengt. Der entsprechende Einlaufbereich dieses zweiten Abschnitts des zweiten Rohrzuges ist als Einzelheit Y in Fig. 5 dargestellt.
Die beiden vorgenannten Abschnitte des zweiten Rohrzuges sind Fig. 1 dargestellt, wobei das stromabwärtige Ende des ersten Abschnitts mit dem stomaufwärtigen Ende des zweiten Abschnitts über eine Umlenkkammer 13 miteinander verbunden sind. Man erkennt aus dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt längs der Linie B-B von Fig. 1, daß die Vielzahl der jeweils parallel durchströmten Rohre eng nebeneinander angeordnet sind derart, daß die trompetenartig aufgeweiteten Ränder an den eintrittseitigen Rohrenden aneinander angrenzen, während zwischen den sich daran anschließenden zylindrischen Rohrabschnitten ausreichend Platz für die Umspülung der Rohre mit Kesselwasser verbleibt.
Das stromabwärtige Ende des zweiten Abschnitts des zweiten Rohrzuges ist über ein Verbindungsrohr 14 mit einem dritten Abschnitt des zweiten Rohrzuges verbunden, der aus 200 zu einander parallelen Rohren mit einem Innendurchmesser von jeweils etwa 40 mm besteht, die sich von einem Eintrittsdurchmesser von etwa 64 mm ausgehend trompetenartig verengen, wie die in Fig. 6 dargestellte Einzelheit Z zeigt. Das stomabwärtige Ende des dritten Abschnitts des zweiten Rohrzuges 12 kann mit einer üblichen Filteranlage (nicht dargestellt) verbunden sein.
Die trompetenartigen Rohreinläufe, die in den Detailzeichnungen der Fig. 4 - 6 gezeigt sind, sollen Strömungsabrisse vermeiden. Dieses ist wichtig, damit der kritische Temperaturbereich von den Abgasen schnell, in ca. 0,1s, durchfahren wird, um die Neubildung sekundärer Furane und Dioxine zu behindern, die langsam abläuft und daher Zeit benötigt. Würden nämlich Strömungsabrisse erzeugt, entstehen Wirbel, in denen Anteile der Abgase über eine ausreichend lange Zeit verweilen, daß solche sekundären Furane und Dioxine entstehen.
Es versteht sich, daß die hier gegebenen Maße nur beispielhaft sind, und für eine Brennerleistung von dem Beispiel 8 MW gelten. Bei anderen Brennerleistungen sind die Abmessungen entsprechend bekannter Gesetzmäßigkeiten umzurechnen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Verbrennen von Abfällen, insbesondere von Holzabfällen, und zum Behandeln der bei der Verbrennung entstehenden Abgase, umfassend die folgenden Schritte:
    a) Nahezu stöchiometrische Verbrennung des vorgenannten Brennstoffs derart, daß der O2-Gehalt im Abgas unter 4% liegt,
    b) Entstaubung der Verbrennungsabgase vor deren Abkühlung auf 450°C,
    c) Einleiten der heißen Verbrennungsabgase in einen ersten Verweilraum und Ausmischen darin, wobei die Verweilzeit der Verbrennungsabgase in Abhängigkeit von ihrer Temperatur wie folgt bestimmt wird: Temperatur (°C) Verweilzeit (s) 1000 2,00 1100 0,60 1200 0,10 1300 0,02 1400 0,01
    mit Interpolation der Verweilzeit bei Zwischenwerten der Temperatur,
    d) Abkühlen der Verbrennungsabgase auf eine Temperatur, die zwischen 900°C und 1050°C liegt,
    e) Eindüsen eines Entstickungsmittels in die Verbrennungsabgase,
    f) Einwirkenlassen des Entstickungsmittels auf die Verbrennungsabgase in einem zweiten Verweilraum für eine Zeitdauer von wenigstens 0,3s, und
    g) Durchleiten der Verbrennungsabgase durch einen Rohrzug mit einer Massenstromdichte von wenigstens 3kg/h·cm2.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nahezu stöchiometrische Verbrennung derart ausgeführt wird, daß der O2-Gehalt im Abgas zwischen 2,5% und 3% liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsabgase vor dem Einleiten in den ersten Verweilraum entstaubt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Entstickungsmittel Harnstoff oder Ammoniakwasser verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit im zweiten Verweilraum etwa 0,5s beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Entstickungsmittel etwa 0,5s einwirken läßt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenstromdichte im zweiten Rohrzug zwischen 5 und 10kg/h·cm2 beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Schritt e) den Verbrennungsgasen ein Absorbens für saure Gaskomponenten zugesetzt wird, das anschließend wieder aus dem Abgasstrom abgeschieden wird.
  9. Vorrichtung zum Behandeln der Abgase einer Verbrennung von Abfall, insbesondere von Holzabfall, enthalten:
    a) einen ersten Verweilraum (5) zur Aufnahme der heißen Verbrennungsabgase,
    b) einen sich an den Verweilraum (5) anschließenden ersten Rohrzug (6) zum Abkühlen der Verbrennungsabgase auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1500°C,
    c) eine Vorrichtung (8) zum Eindüsen eines Entstickungsmittels in die Verbrennungsabgase, die stromabwärts des ersten Rohrzuges (6) angeordnet ist,
    d) einen zweiten Verweilraum (9), der stromabwärts der Eindüsungsvorrichtung (8) angeordnet ist, und
    e) einen sich an den zweiten Verweilraum (9) anschließenden zweiten Rohrzug (12) zum weiteren Abkühlen der Verbrennungsabgase.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrzüge (6, 12) als Rauchrohrbündel ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrzüge (6, 12) trompetenartig ausgerundete Einläufe aufweisen und so bemessen sind, daß eine Massenstromdichte der Verbrennungsabgase von wenigstens 3 kg/h cm2 erzielt wird.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verweilraum (9) mit wärmedämmenden Wänden versehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verweilraum (9) auf seiner stromabwärtigen Seite mit einem Überhitzer (10) verbunden ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des ersten Verweilraums (5) eine kegelstumpfförmige Nachbrennkammer (2) angeordnet ist, die sich in Strömungsrichtung verengt und die am kleinsten Durchmesser eine Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft tangential in die Nachbrennkammer (2) aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsweg der Verbrennungsabgase zwischen der Nachbrennkammer (2) und dem ersten Verweilraum (5) eine blendenartige Verengung (4) angeordnet ist, an der die Strömung unter Bildung eines Torus-ähnlichen Wirbels abreißt.
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