EP2411737A1 - Verfahren zur dioxinminderung in verbrennungsanlagen - Google Patents

Verfahren zur dioxinminderung in verbrennungsanlagen

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Publication number
EP2411737A1
EP2411737A1 EP10710224A EP10710224A EP2411737A1 EP 2411737 A1 EP2411737 A1 EP 2411737A1 EP 10710224 A EP10710224 A EP 10710224A EP 10710224 A EP10710224 A EP 10710224A EP 2411737 A1 EP2411737 A1 EP 2411737A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ash
toc
deposits
ash deposits
reflectivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10710224A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Hunsinger
Hubert Keller
Jörg Matthes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Publication of EP2411737A1 publication Critical patent/EP2411737A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/10—Arrangement of sensing devices
    • F23G2207/107—Arrangement of sensing devices for halogen concentration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/30—Halogen; Compounds thereof
    • F23J2215/301—Dioxins; Furans

Definitions

  • the invention relates to a method for dioxin reduction in incinerators according to the first claim.
  • Metal-catalyzed oxychlorination of particulate carbon in chloride ash deposits eg in waste incineration plants are considered at temperatures above 200 0 C, more preferably between 300 and 350 0 C as a significant cause for the formation of chlorinated organic compounds such as " polychlorinated dibenzo-p-dioxins and -Dibenzofurane (PCDD / F) This formation reaction is known as de novo synthesis, and the formation of PCDD / F correlates with the concentration of particulate carbon in the ash [I].
  • PCDD / F polychlorinated dibenzo-p-dioxins and -Dibenzofurane
  • TOC concentration, TOC Total Organic Carbon
  • a reducing atmosphere in and under the ash layer may increase the corrosion rate of the boiler material.
  • the ash deposits In order to make the energetic use of the hot flue gases as efficient as possible and to minimize exhaust gas losses, the ash deposits must be as small as possible being held.
  • the surface cleaning of boiler surfaces usually takes place in pulses periodically at defined time intervals, eg every eight hours or depending on the flue gas pressure differential across the boiler and / or the boiler outlet temperature of the flue gas as a reference for the degree of soiling.
  • the known methods for initiating boiler cleaning do not take into account the quality of the ash deposits such as the carbon content as a reference for the pollutant formation potential.
  • [2] discloses, for example, a monitor for monitoring the deposited on a firing wall to be cleaned reflective ash.
  • a comparative coating characterization ratio of the reflectivities
  • a comparative coating characterization ratio of the reflectivities
  • the infrared camera does not determine the reflectivity, but rather the heat radiation (own radiation) and thus the temperature of the ash.
  • the ratio between the measured image intensities from the two mentioned surfaces is considered as a measure of the insulation effect of the ash layer and thus for the amount
  • [3] discloses a method and apparatus for controlling the travel time of a boiler having a heat transfer surface having deposits. The deposits are observed by means of a camera over a time interval. An image processing system compares the rate of deposit formation in the boiler with a fuel key and uses this to determine boiler and firing parameters.
  • the object of the invention is to propose a method for dioxin reduction in incinerators with increased efficiency.
  • the method should ensure detection with significantly improved local and temporal resolution of relevant for a dioxin formation rate ash parameters and in particular ensure a timely cleaning of ash deposits, especially in the temperature range 200-600 0 C.
  • the object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments are given in the subclaims.
  • the solution of the problem provides for a selective and preferably also continuous detection and quantification of the carbon concentration of the deposited ash at at least one measuring point on at least one deposition surface, preferably in the temperature range between 200 and 600 ° C. in real time.
  • a preferred embodiment provides for a planar optical detection of the carbon content in the visible wavelength range as an image with a video camera. In this case, the captured image or an image section is divided into a plurality of measurement points.
  • soot layers is preferably carried out at disturbed combustion conditions at low temperature and / or lack of oxygen in the flue gas during Abgasausbrandes. These combustion conditions are expressed in sooty combustion states with pronounced soot strands. Especially when incinerating inhomogeneous fuels such as household waste, inadequate flue gas mixing during flue gas burn-out may result in local strands of unburned flue gas constituents, such as soot particles, over the cross-section of the flue gas duct.
  • the soot concentration in the top layer of the ash deposits is negatively correlated with the reflectivity of the surface of the ash deposits.
  • the surface represents the upper ash deposit layer.
  • the reflectivity depends on the composition of only the top ash layer that forms the surface.
  • a high reflectance value represents a bright surface with a low soot content, ie a low particulate carbon content (TOC concentration).
  • TOC concentration The fly ash TOC values are between 0.02 and about 1.0% under good combustion conditions. In disturbed combustion conditions, the TOC value increases. As a result, the blackness of the ash deposits increases with increasing soot content, the reflection value accordingly.
  • the detection of ash deposits is carried out with a video camera in the visible wavelength range, the video information is used as signals for determining the reflectivity of the surface of the ash deposits in the measuring points.
  • the ash layer but at least the measuring points or image sections, is illuminated with a light source, preferably with a constant luminous intensity in all measuring points or image sections.
  • the signals are evaluated separately per measuring point.
  • the invention provides a timely online determination of the reflectivity of the surface of dust deposits on deposition surfaces such as the surface of heat exchangers, such as a steam boiler or Abs'chei- de harshen in dust collectors before.
  • the reflectivity of an ash deposit correlates negatively with its particulate carbon content (TOC concentration).
  • a reflectivity value is thus converted into a corresponding carbon concentration value (TOC value) and thus assigned to a deposition of carbon particles.
  • a reflectivity signal or a continuous Reflekt foundedssignal- course is converted into a corresponding TOC signal or a TOC waveform.
  • the PCDD / F formation potential of the deposited ash can be well characterized.
  • the TOC waveform can be used as quantitative information about the carbon content in an ash deposit for automatic boiler or filter cleaning control.
  • the initiation of "a ⁇ breinigü ⁇ g the ash deposits takes place when exceeding the adjustable TOC thresholds by the preferably continuous particularly preferably an integrated over a time interval signal of the TOC value (moving average of the TOC concentration).
  • the cleaning is carried out either locally in the region of the measuring point at which the exceeding TOC value has been generated or over the entire or a selected area of the deposition surface, for example, with the aid of steam or compressed air jets, tapping devices, water jet, ultrasound, ball rain and / or explosion methods.
  • the TOC threshold for cleaning a filter surface is usually between 1.0% and 10.0%, preferably between 2 and 5%, more preferably between 2.5 and 3%.
  • a monitoring of the deposits on a deposition surface within a freely selectable measuring surface by means of at short intervals (preferably less than 30 s) recorded sequences of frames or preferably continuously recorded video recordings of preferably fixed measuring surface as a picture detail.
  • the measuring surface ie preferably the entire or partial image P2010 / 001715
  • the camera is composed of a large number of measuring points.
  • a cleaning is only initiated when the moving average TOC over the time interval exceeds at least two, preferably three, four, five, ten or 20 adjacent measurement points and / or over the aforementioned time interval one of the aforementioned TOC limits, and preferably after the current reflectivity increases again (ie after the disturbance subsides).
  • the invention thus enables a quantitative detection of the soot concentration on a deposition surface in real time (online) with high spatial and temporal resolution with low equipment costs.
  • a comparison with predetermined TOC thresholds a reliable and reproducible distinction of clean or cleaned surfaces and local soot deposits in real time and for a control of the aforementioned measures for cleaning, but also for improved control of the combustion, e.g. an oxygen control via primary or secondary air supply or other combustion-influencing measures such.
  • Gas- or oil-fired auxiliary burners can be used.
  • Fig.l the temporal dependencies of a measured in the flue gas soot and CO content of the resulting PCDD / F share in the flue gas boiler and the timing of Abinstitutsimpulse each other and 2 shows the temporal change of the reflectivity compared to an adjustable threshold.
  • FIG. 1 shows the time dependencies of the CO content 1 measured in the flue gas and of the soot concentration 2, the resulting PCDD / F concentration 3 in the flue gas and the time profiles of the cutoff pulses relative to one another.
  • the CO concentration correlates with the formation of soot but gives no indication of the deposition efficiency of the soot particles on the separation surfaces.
  • the locally resolved determination of the TOC concentration in ash deposits in partial areas of the separation surfaces is not possible with a CO measurement
  • Fig.l reflects the above relationships over a time interval of 14 hours.
  • PCDD / F a short-term CO peak 5 and a soot concentration peak 6 in the exhaust gas are associated.
  • the formation of the PCDD / F causes in addition to the increase in the PCDD / F concentration in the exhaust gas and a partial dioxin enrichment (adsorption) in the carbon-rich ash deposits.
  • PCDD / F contaminated ash particles accumulate and are partially released into the exhaust during cleaning (boiler cleaning 13) and thus lead to a further increase in the PCDD / F concentration in the exhaust gas.
  • Temperature range 200-600 0 C as proposed in the scope of the invention reduces the formation of dioxins and the existing for the aforementioned accumulation of PCDD / F in the ash particles time for the dioxin loading of the carbon-rich ash deposits as well as the dioxin release is reduced when cleaning in an advantageous manner.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a time profile 8 of the current reflectivity 9.
  • the fluctuations of the current reflectivity signal characterize the current TOC content 14 of the uppermost layer of the ash deposits. From this reflectivity signal a correlation current TOC value can be determined by simple assignment.
  • the TOC concentration in the upper ash layer is determined. If this sliding TOC average value 15 exceeds a TOC threshold value 11, in FIG. 2 at the switching point 10, ash settling is initiated and the sliding TOC mean value 15 is set to 0 for re-integration.
  • a conversion of the reflectivity into a current TOC concentration (TOC value) and subsequent moving averaging of these TOC values by integration over a defined time interval .DELTA.t in the aforementioned manner as a measure of the TOC concentration in the upper ash layer provides a reliable estimate of the PCDD / F Educational potential of deposited ashes. If no disturbance that causes an increase of the moving TOC average value 15 to a TOC threshold value 11 is detected, the boiler cleaning is optionally carried out based on the fixed time intervals or on the basis of the differential pressure and / or temperature at the boiler outlet.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zur Dioxinminderung in Verbrennungsanlagen mit mindestens einer Abscheidefläche, wobei die Ablagerungen von kohlenstoffreicher Asche aus dem Rauchgas auf kurze Zeitintervalle vermindert werden und dadurch die Bildung von PCDD/F vermindert wird. Aufgabe ist es, ein Verfahren zur online Bestimmung der Kohlenstoff konzentration von abgelagerter Asche, insbesondere mit wesentlich verbesserter örtlicher und zeitlicher Auflösung der für eine Dioxinbildungsrate maßgeblichen Ascheparameter vorzuschlagen. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, umfassend - ein optische Erfassung der Ascheablagerungen auf mindestens einem Messpunkt auf den Abscheideflächen mit einer Videokamera im sichtbaren Wellenlängenbereich, - eine Ermittlung der Reflektivität (9) der Oberfläche der Ascheablagerungen in den Messpunkten,- eine Umsetzung der Reflektivität in einen korrespondierenden TOC-Wert (14, 15) sowie eine Einleitung einer Abreinigung der Ascheablagerungen bei Überschreitung eines TOC-Schwellwertes (11) durch den TOC- Wert (15).

Description

Verfahren zur Dioxinminderung in Verbrennungsanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dioxinminderung in Verbrennungsanlagen gemäß dem ersten Patentanspruch.
Metallkatalysierte Oxychlorierungsreaktionen von partikulärem Kohlenstoff in chloridhaltigen Ascheablagerungen z.B. in Abfallverbrennungsanlagen gelten bei Temperaturen oberhalb von 2000C, besonders bevorzugt zwischen 300 und 3500C als maßgebliche Ursache für die Bildung von chlorierten organischen Verbindungen wie" z.B. polychlorierte Dibenzo-p-Dioxine und -Dibenzofurane (PCDD/F) . Diese Bildungsreaktion ist als De-novo Synthese bekannt. Die Bildung von PCDD/F korreliert dabei mit der Konzentration von partikulärem Kohlenstoff in der Asche [I].
Eine Minimierung der Kohlenstoffkonzentration (TOC-Konzentration, TOC = Total Organic Carbon) in den Ascheablagerungen im genannten Temperaturbereich ist daher eine wesentliche Voraussetzung für eine Reduzierung der Bildung der genannten Schadstoffe in technischen Feuerungen in denen chlorhaltige Brennstoffe eingesetzt werden. Bei hohen TOC-Konzentrationen in den Ascheablagerungen auf den Oberflächen des Dampfkessels kann es außerdem zur Bildung von Kohlenmonoxid CO kommen. Eine reduzierende Atmosphäre in und unter der Aschebelagsschicht kann zur Erhöhung der Korrosionsrate des Kesselwerkstoffes führen.
Durch automatische Erkennung, Charakterisierung und Bewertung von A- scheablagerungen in vom Rauchgas durchströmten Anlageteilen vorzugs- weise im Temperaturbereich 200-6000C sind die Kohlenstoffkonzentration und damit das PCDD/F-Bildungspotential der Ascheablagerungen ausreichend genau quantifizierbar.
Ascheablagerungen in technischen Dampferzeugern behindern die Wärmeübertragung bei der Dampferzeugung. Um die energetische Nutzung der heißen Rauchgase möglichst effizient zu gestalten und die Abgasver- luste zu minimieren, müssen die Ascheablagerungen möglichst gering gehalten werden. Die Belagsabreinigung von Kesseloberflächen (Rußblasen) erfolgt üblicherweise impulsweise periodisch in definierten Zeitabständen, z.B. alle acht Stunden oder abhängig vom rauchgassei- tigen Differenzdruck über dem Kessel und/oder von der Kesselaustrittstemperatur des Rauchgases als Referenz für den Verschmutzungsgrad. Die bekannten Verfahren zur Einleitung der Kesselreinigung berücksichtigen nicht die Qualität der Ascheablagerungen wie den Kohlenstoffgehalt als eine Referenz für das Schadstoffbildungspotential . Durch Bestimmung und Protokollierung des zeitlichen Verlaufs der Kohlenstoffkonzentratiön" (TOC) in den sich ablagerten" Ascheschichteh kann die Kesselreinigung so verbessert gesteuert erfolgen, dass neben einer effizienten Wärmeübertragung auch die Bildung von chlorierten organischen Verbindungen wie z.B. PCDD/F erheblich vermindert wird. Dadurch kann der Aufwand bei der Abgasreinigung (PCDD/F-Abscheidung) vermindert werden. Die Bestimmung der Belagsbildung von Ascheablagerungen (Aschebelagsschichtdicke) ist grundsätzlich bekannt.
[2] offenbart beispielsweise einen Monitor zur Überwachung der auf einer zu reinigenden Feuerungswand abgelagerten reflektierenden Asche. Dabei erfolgt eine vergleichende Belagscharakterisierung (Verhältnis der Reflexionsgrade) einer abgereinigten Feuerraumwand und einer ungereinigten Bezugsfläche im Feuerungsraum mittels Infrarotkamera. Durch die Infrarotkamera wird dabei genau genommen nicht die Reflek- tivität, sondern die Wärmestrahlung (Eigenstrahlung) und somit die Temperatur der Asche bestimmt. Das Verhältnis zwischen den gemessenen Bildintensitäten aus den beiden genannten Flächen gilt als Maß für die Isolationswirkung der Ascheschicht und damit für die Menge
(Schichtdicke) der auf der Feuerungswand niedergeschlagenen Asche. Eine schichtdickenunabhängige Bestimmung der Reflektivität der Asche ist damit nicht möglich.
[3] offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Reisezeit eines Kessels mit einer Ablagerungen aufweisenden Wärmeübertragungsfläche. Die Ablagerungen werden mittels einer Kamera über ein Zeitintervall beobachtet. Ein Bildverarbeitungssystem vergleicht die Belagsbildungsgeschwindigkeit im Kessel mit einem Brennstoffschlüssel und ermittelt daraus Kessel- und Feuerungskenngrößen.
Ablagerungen von partikulärem Kohlenstoff (TOC) insbesondere Russpartikel in Abfallverbrennungsanlagen führen im Temperaturbereich oberhalb von 2000C über einen sehr langen Zeitraum zu einer ausgeprägten PCDD/F-Bildung. Die PCDD/F-Bildung korreliert dabei nicht direkt mit den aktuell anliegenden Verbrennungsbedingungen. Permanente oder kurzzeitige Störungen des Verbrennungsprozesses verursachen einen unvollständigen Abgasau'sb'rand, " wobei unter anderem Rußpartikel ins Rauchgas freigesetzt und zum Teil zusammen mit anorganischen Aschepartikeln (Chloride) auf den Kesseloberflächen abgelagert werden. Diese kohlenstoffreichen chloridhaltigen Flugascheablagerungen bewirken eine Bildung von PCDD/F auch über einen langen Zeitraum (mehrere Stunden) nachwirkend, selbst dann, wenn die Verbrennungsbedingungen wieder ideal sind.
Der genannte Stand der Technik sieht jedoch keine Maßnahmen vor, die eine zeitnahe Erfassung und Abreinigung von Ablagerung kohlenstoffreicher Asche (Rußschichten) vorsehen und damit eine Dioxinbildung deutlich vermindern könnte.
Davon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Dioxinminderung in Verbrennungsanlagen mit erhöhter Effizienz vorzuschlagen. Insbesondere soll das Verfahren eine Erfassung mit wesentlich verbesserter örtlicher und zeitlicher Auflösung der für eine Dioxinbildungsrate maßgeblichen Ascheparameter sicherstellen und insbesondere eine zeitnahe Abreinigung von Ascheablagerungen insbesondere im Temperaturbereich 200-6000C sicherstellen.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen wiedergegeben . - A - Die Lösung der Aufgabe sieht eine selektive und vorzugsweise auch kontinuierliche Erfassung und Quantifizierung der Kohlenstoffkonzentration der abgelagerten Asche an mindestens einem Messpunkt auf mindestens einer Ablagerungsfläche vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 200 bis 6000C in Echtzeit vor. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht eine flächige optische Erfassung des Kohlen- stoffgehaltes im sichtbaren Wellenlängenbereich als Bild mit einer Videokamera vor. Dabei wird das erfasste Bild oder ein Bildausschnitt in eine Vielzahl von Messpunkten unterteilt.
Die Bildung von Ascheablagerungen erfolgt schichtweise, wobei sich Rußpartikel aus der Verbrennung zusammen mit anorganischen chlorid- haltigen Aschepartikeln zum Teil auf den Wärmetauscherflächen der in vom Rauchgas durchströmten Anlageteilen abscheiden. Das gleiche erfolgt in Staubabscheidern, beispielsweise an Niederschlagselektroden in Elektrofiltern oder an Oberflächen von Staubschichten an Filterabscheidern. Werden diese Staubabscheider bei Temperaturen oberhalb von 200 °C betrieben, kommt es auch hier zur unerwünschten PCDD/F-Bildung.
Die Bildung von Rußschichten erfolgt vorzugsweise bei gestörten Verbrennungsbedingungen bei niedriger Temperatur und/oder bei Sauerstoffmangel im Rauchgas während des Abgasausbrandes. Diese Verbrennungsbedingungen äußern sich in rußenden Verbrennungszuständen mit ausgeprägten Rußsträhnen. Besonders bei Verbrennung von inhomogenen Brennstoffen wie z.B. Hausmüll können eine unzureichende Rauchgasvermischung während des Rauchgasausbrands lokale Strähnen von unverbrannten Rauchgasbestandteilen wie Rußpartikel über dem Querschnitt des Rauchgaskanals auftreten. Es kommt dadurch zu einer signifikanten Absenkung der Reflektivität der sich auf den nachfolgenden Flächen bildenden Ascheablagerungen, die sich erst bei wieder eingeregelten Verbrennungszuständen mit geringerer Rußbildung durch Ü- berdeckung der abgelagerten Rußschicht mit effizient ausgebrannten (kohlenstoffarmen) Aschepartikeln wieder erhöht. Die Rußkonzentration in der obersten Schicht der Ascheablagerungen ist negativ korreliert mit der Reflektivität der Oberfläche der Ascheablagerungen. Die Oberfläche repräsentiert die obere Ascheablagerungsschicht. Die Reflektivität hängt von der Zusammensetzung nur der obersten Ascheschicht, die die Oberfläche bildet, ab. Ein hoher Reflexionswert repräsentiert eine helle Oberfläche mit einem geringen Russanteil, d.h. einem geringen partikulärem Kohlenstoffgehalt (TOC-Konzentration) . Die TOC-Werte der Flugasche liegen bei guten Verbrennungsbedingungen zwischen 0,02 und ca. 1,0%. Bei gestörten Verbrennungsbedingungen steigt der TOC-Wert. Als Folge nimmt der Schwärzegrad der Ascheablagerungen mit steigendem Rußanteil zu, der Reflexionswert entsprechend ab.
Die Erfassung der Ascheablagerungen erfolgt mit einer Videokamera im sichtbaren Wellenlängenbereich, wobei die Videoinformation als Signale für eine Ermittlung der Reflektivität der Oberfläche der Ascheablagerungen in den Messpunkten herangezogen wird. Die Ascheschicht, zumindest aber die Messpunkte oder Bildausschnitte, wird dabei mit einer Lichtquelle angestrahlt, vorzugsweise mit einer gleich bleibenden Leuchtstärke in allen Messpunkten oder Bildausschnitten. Vorzugsweise werden die Signale je Messpunkt separat ausgewertet.
Die Erfindung sieht eine zeitnahe online Bestimmung der Reflektivität der Oberfläche von Staubablagerungen auf Ablagerungsflächen wie die Oberfläche von Wärmetauschern, z.B. eines Dampfkessels oder Abs'chei- deschichten in Staubabscheidern vor. Die Reflektivität einer Ascheablagerung korreliert negativ mit dessen partikulärem Kohlenstoffgehalt (TOC-Konzentration) . Ein Reflektivitätswert wird somit in einen korrespondierenden Kohlenstoffkonzentrationswert (TOC-Wert) umgesetzt und damit einer Ablagerung von Kohlenstoffpartikeln zugeordnet. Ein Reflektivitätssignal oder ein kontinuierlicher Reflektivitätssignal- verlauf wird in ein korrespondierendes TOC-Signal oder einen TOC- Signalverlauf umgesetzt. Über eine Erfassung der Reflektivität ist folglich der zeitliche Verlauf der TOC-Konzentration in der abgelagerten Asche (Ascheschicht) bestimmbar. Durch integrale Mittelwertbildung (gleitender Mittelwert) des ermittelten TOC-Signals über ei- nen definiertes Zeitintervall und in vorteilhafter Weise mit Berücksichtigung des Schichtdickenwachstums der Ascheschicht z.B. über den Rauchgasdruckverlust über dem Kessel oder Kesselabschnitt oder durch Bildauswertung kann das PCDD/F Bildungspotential der abgelagerten A- sche gut charakterisiert werden.
Der TOC-Signalverlauf ist als quantitative Information über den Kohlenstoffanteil in einer Ascheablagerung für Steuerung einer automatischen Kessel- oder Filterreinigung heranziehbar. Die Einleitung "einer Äbreinigüήg der Ascheablagerungen erfolgt bei Überschreitung von einstellbaren TOC-Schwellwerten durch das vorzugsweise kontinuierliche besonders bevorzugt über ein über einem Zeitintervall integrierten Signal des TOC-Wertes (gleitender Mittelwert der TOC- Konzentration) . Die Abreinigung erfolgt entweder lokal im Bereich des Messpunktes, an dem der überschreitende TOC-Wert generiert wurde oder flächig über den gesamten oder einen ausgewählten Bereich der Ablagerungsfläche. Die Abreinigung der Ascheablagerungen erfolgt beispielsweise mit Dampf- oder Druckluftstrahlen, Klopfeinrichtungen, Wasserstrahl, Ultraschall, Kugelregen und/oder Explosionsverfahren.
Bei Erreichen eines über ein Zeitintervall integrierten TOC- Schwellwertes (vorzugsweise durch gleitende Mittelwertbildung) zwischen 60 und 3600 s, vorzugsweise zwischen 300 und 1800 s, weiter bevorzugt zwischen 600 und 900s erfolgt die Ansteuerung der Abreinigung einer Ablagerungsfläche an einem Kessel. Der TOC-Schwellwert zur Abreinigung einer Filterfläche liegt üblicherweise zwischen 1,0% und 10,0%, vorzugsweise zwischen 2 und 5% weiter bevorzugt zwischen 2,5 und 3%.
Eine Überwachung der Ablagerungen auf einer Ablagerungsfläche innerhalb einer beliebig wählbaren Messfläche erfolgt mittels in kurzen Zeitabständen (vorzugsweise kleiner 30 s) aufgenommenen Abfolgen von Einzelbildern oder vorzugsweise kontinuierlich aufgenommenem Videoaufnahmen der vorzugsweise fixen Messfläche als Bildausschnitt. Die Messfläche, d.h. vorzugsweise der gesamte oder partielle Bildaus- P2010/001715
- 7 - schnitt der Kamera setzt sich aus einer Vielzahl von Messpunkten zusammen.
Vorzugsweise wird eine Abreinigung erst dann eingeleitet, wenn der über dem Zeitintervall bestimmte gleitende TOC-Mittelwert in mindestens zwei, vorzugsweise drei, vier, fünf, zehn oder 20 aneinander angrenzenden Messpunkten und/oder über das vorgenannte Zeitintervall einen der vorgenannten TOC-Grenzwerte überschreitet und bevorzugt nachdem die aktuelle Reflektivität wieder ansteigt (d.h. nachdem die Störung abklingt) . " "' - - - ■
Die Erfindung ermöglicht folglich eine quantitative Erfassung der Rußkonzentration auf einer Ablagerungsfläche in Echtzeit (online) mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung mit geringem gerätetechnischen Aufwand. Ebenso ist ein Vergleich mit vorgegebenen TOC- Schwellwerten eine zuverlässige und reproduzierbare Unterscheidung von sauberen oder abgereinigten Oberflächen und lokalen Rußablagerungen in Echtzeit möglich und für eine Ansteuerung von vorgenannten Maßnahmen zur Abreinigung, aber auch für eine verbesserte Steuerung der Verbrennung, z.B. eine Sauerstoffregelung über Primär- oder Sekundärluftzufuhr oder sonstigen Verbrennungsbeeinflussenden Maßnahmen wie z.B. Gas- oder Ölbefeuerte Zusatzbrenner nutzbar.
Neben der üblichen Differenzdruck- oder temperaturabhängigen Aschebe- lagsabreinigung erfolgt eine am Schadstoffbildungspotential der abgelagerten Asche orientierte Abreinigung.
Die genannten grundlegenden Zusammenhänge sowie ihr Bezug zu der Erfindung werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig.l die zeitlichen Abhängigkeiten eines im Rauchgas gemessenen Ruß- und CO-Anteil, des hierdurch entstandenen PCDD/F-Anteils im Rauchgas nach Kessel sowie der zeitlichen Verläufe der Abreinigungsimpulse zueinander sowie Fig.2 die zeitliche Veränderung der Reflektivität im Vergleich zu einem einstellbaren Schwellwert.
Die Wirkung von kurzzeitig gestörten Verbrennungsbedingungen und die dabei erhöhten Rußkonzentrationen im Rauchgas auf die Bildung von PCDD/F im Rauchgas wird anhand von Fig.l näher erläutert. Fig.l zeigt die zeitlichen Abhängigkeiten des im Rauchgas gemessenen CO-Gehalts 1 sowie der Rußkonzentration 2, der hierdurch entstandenen PCDD/F- Konzentration 3 im Rauchgas sowie der zeitlichen Verläufe der AbFei- nigungsimpulse zueinander. Die CO-Konzentration korreliert mit der Rußbildung gibt aber keinen Hinweis auf die Ablagerungseffizienz der Russpartikel auf den Abscheideflächen. Insbesondere die lokal aufgelöste Bestimmung der TOC-Konzentration in Ascheablagerungen in Teilbereichen der Abscheideflächen ist mit einer CO-Messung nicht möglich,
Der CO-Gehalt 1 im Rauchgas sowie die Rußkonzentration 2 werden jeweils in mg/Nm3, die PCDD/F-Konzentration 3 im Rauchgas in ng/Nm3 als TEQ-Werte (TEQ = Toxizitätsäquivalente) sowie die Zeit 4 in Stunden wiedergegeben. Fig.l gibt die vorgenannten Zusammenhänge über ein Zeitintervall von 14 Stunden wieder.
Bereits mit einer kurzzeitigen Störung des Verbrennungsprozesses gehen ein kurzzeitiger CO-Peak 5 sowie eine Rußkonzentrationsspitze 6 im Abgas einher. Es folgt eine verstärkte Bildung von PCDD/F, die auch noch über viele Stunden nach der Störung anhält und sich im zeitlichen Verlauf der PCDD/F-Bildungsrate 7 widerspiegelt. Die Bildung der PCDD/F bewirkt neben der Erhöhung der PCDD/F-Konzentration im Abgas auch eine teilweise Dioxinanreicherung (Adsorption) in den kohlenstoffreichen Ascheablagerungen. Diese mit PCDD/F kontaminierten Aschepartikel akkumulieren und werden beim Abreinigen (Kesselab- reinigung 13) teilweise ins Abgas freigesetzt und führen so zu einer weiteren Erhöhung der PCDD/F-Konzentration im Abgas. Eine zeitnahe Abreinigung von kohlenstoffreichen Ascheablagerungen im
Temperaturbereich 200-6000C, wie im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, reduziert die Dioxinbildung und die für vorgenannte Akkumulation von PCDD/F in den Aschepartikeln vorhandene Zeit, damit wird die Dioxinbeladung der kohlenstoffreichen Ascheablagerungen sowie die Dioxinfreisetzung bei Abreinigung in vorteilhafter Weise vermindert.
Werden die kohlenstoffreichen Ascheablagerungen nicht wie vorgeschlagen zeitnah erfasst und abgereinigt, kommt es zu einer Bildung von PCDD/F in den Ascheablagerungen und damit 'zu" erhöhten~Dibxin- ~~ werten sowohl im Abgas als auch in den abgelagerten Ascherückständen. Die abgeschiedene Asche ist folglich verstärkt mit PCDD/F belastet, was eine stoffliche Verwertung erschwert oder verhindert; sie muss als Sondermüll behandelt und/oder entsprechend aufwendig deponiert werden.
Fig.2 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf 8 der aktuellen Re- flektivität 9. Die Schwankungen des aktuellen Reflektivitätssignals charakterisieren den aktuellen TOC-Gehalt 14 der obersten Schicht der Ascheablagerungen. Aus diesem Reflektifitätssignal kann durch einfache Zuordnung ein korrelierender aktueller TOC-Wert ermittelt werden. Durch gleitende Mittelwertbildung sowie einer Integration der aktuellen TOC-Werte über ein Zeitintervall Δt zu einem gleitenden TOC-Mittelwert 15 wird die TOC-Konzentration in der oberen Ascheschicht ermittelt. Übersteigt dieser gleitende TOC-Mittelwert 15 einen TOC-Schwellwert 11, in Fig.2 am Schaltpunkt 10 wird eine Aschebe- lagsabreinigung eingeleitet sowie der gleitende TOC-Mittelwert 15 für eine erneute Integration auf 0 gesetzt.
Eine Umrechnung der Reflektivität in eine aktuelle TOC-Konzentration (TOC-Wert) und anschließende gleitende Mittelwertbildung dieser TOC- Werte durch Integration über einen definierten Zeitintervall Δt in vorgenannter Weise als Maß für die TOC-Konzentration in der oberen Ascheschicht liefert eine zuverlässige Abschätzung des PCDD/F Bildungspotentials der abgelagerten Asche. Wird keine Störung, die eine Anhebung des gleitenden TOC-Mittelwerts 15 auf einen TOC-Schwellwert 11 bewirkt, detektiert, erfolgt die Kessereinigung optional anhand der festen Zeitintervalle oder anhand des Differenzdruckes und/oder Temperatur am Kesselaustritt.
Literatur :
[1] Stieglitz L., Zwick G., Beck J., Roth W., Vogg H.: On the de-novo synthesis of PCDD/PCDF on fly ash of municipal waste incinerators, Chemosphere, Vol.18, Iss.1-6 (1989) pp.1219-1226
[2] DE 41 39 718 Al
[3] DE 196 05 287 Al
Bezugszeichenliste:
1 CO-Gehalt im Rauchgas in [mg/Nm3]
2 Rußkonzentration im Rauchgas in [mg/Nm3]
3 PCDD/F-Konzentration im Rauchgas in [TEQ ng/Nm3]
4 Zeit in [h]
5 CO-Peak
6 Rußkonzentrationsspitze
7 PCDD/F-Bildungsrate
""8" " Verlauf der" Reflektivität
9 Reflektivität in [%]
10 Schaltpunkt
11 TOC-Schwellwert
12 zweiter Schaltpunkt
13 Kesselabreinigung
14 aktuelle TOC-Gehalt
15 gleitender TOC-Mittelwert

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Dioxinminderung in Verbrennungsanlagen mit mindestens einer Abscheidefläche, an denen sich kohlenstoff- und chlo- ridhaltige Ascheablagerungen aus dem sauerstoffhaltigen Rauchgas bilden, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Optische Erfassung der Ascheablagerungen auf mindestens einem beleuchteten Messpunkt auf den Abscheideflächen im sichtbaren Wellenlängenbereich mit einer Videokamera oder einem oder mehrerer Lichtsensoren, b) Ermittlung der Reflektivität (9) der Oberfläche der Ascheablagerungen in den Messpunkten, c) Umsetzung der Reflektivität in einen korrespondierenden TOC- Wert (14, 15) sowie d) Einleitung einer Abreinigung der Ascheablagerungen bei Überschreitung eines TOC-Schwellwertes (11) .
2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei die optisch erfassten Ascheablagerungen eine Temperatur zwischen 200 und 6000C aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung, Ermittlung und Umsetzung im Rahmen einer Verarbeitung mit einer zeitlichen Auflösung von unter 30 Sekunden erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Ascheablagerungen auf einer Messfläche erfolgt, die in eine Vielzahl von Messpunkten unterteilt ist,
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte parallel jeweils separat einer eigenen Ermittlung und Umsetzung zugeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung einer Abreinigung der Ascheablagerungen bei Überschreitung eines TOC-Schwellwertes an mindestens drei aneinander angrenzenden Messpunkten erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die TOC-Werte (14) über ein Zeitintervall zwischen 60 bis 3600 Sekunden integriert oder summiert oder gemit- telt werden und die Abreinigung der Ascheablagerungen bei Überschreitung eines TOC-Schwellwertes (11) eingeleitet wird.
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