EP3904764B1 - Kesselsystem zur behandlung von abgasen - Google Patents

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EP3904764B1
EP3904764B1 EP20172108.1A EP20172108A EP3904764B1 EP 3904764 B1 EP3904764 B1 EP 3904764B1 EP 20172108 A EP20172108 A EP 20172108A EP 3904764 B1 EP3904764 B1 EP 3904764B1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
boiler
exhaust gases
waste heat
boiler system
Prior art date
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EP20172108.1A
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French (fr)
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EP3904764C0 (de
EP3904764A1 (de
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Josip Kasalo
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Christof Global Impact Ltd
Original Assignee
Christof Global Impact Ltd
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Publication date
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Publication of EP3904764B1 publication Critical patent/EP3904764B1/de
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    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
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    • F22B1/1861—Waste heat boilers with supplementary firing
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    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
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    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05021—Wall blocks adapted for burner openings

Definitions

  • the invention relates to a boiler system for the treatment of exhaust gases, in particular dust-containing exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or shredder light fractions, with at least one inlet opening and at least one outlet opening for the exhaust gases, the boiler system having at least one combustion chamber and at least one of the combustion chambers in the direction of flow Exhaust gases have a downstream waste heat boiler.
  • the invention further relates to a method for treating exhaust gases with such a boiler system and a use of such a boiler system for the treatment of exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or shredder light fractions.
  • Boiler systems and methods for treating exhaust gases are basically known in practice and from the prior art in various embodiments.
  • the exhaust gases are usually passed through a combustion chamber and a waste heat boiler.
  • the exhaust gases cool as they flow through such boiler systems and steam can be generated using a steam generation circuit.
  • Such boiler systems are usually connected to a melting furnace or combustion furnace from which the exhaust gases to be treated flow out.
  • DE 196 27 758 A1 describes a high-temperature system for burning toxic pyrolysis gases and pyrolysis residues with a combustion chamber and a waste heat boiler downstream of the combustion chamber, which is annular.
  • DE 10 2011 002 615 A1 relates to a method for treating an exhaust gas from an electric melting process and describes a device with a combustion chamber and a downstream heat exchanger.
  • the invention is based on the technical problem of specifying a boiler system for the treatment of exhaust gases, with which high efficiency in terms of cooling the exhaust gases and the use of energy or energy production from the exhaust gases is possible, which is nevertheless simple and space-saving and with the ever The temperature and/or the residence time or the residence time behavior in the combustion chamber can be controlled or regulated as required. Furthermore, the invention is based on the technical problem of specifying a method for treating exhaust gases with such a boiler system and the use of a boiler system for the treatment of exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or shredder light fractions.
  • the boiler system according to the invention is used to treat exhaust gases.
  • the exhaust gases can come from a melting process, in particular from a melting process of iron and other metals and/or residues.
  • the boiler system according to the invention is used for the treatment of dust-containing exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or Shredder light fractions used.
  • the electronic waste is in particular old electrical devices or their components.
  • Shredder light fractions are, in particular, residues from shredding processes in shredder systems, for example from old vehicles, household appliances, construction scrap and the like.
  • the electronic scrap and/or the shredder light fractions usually contain iron and/or other residual metals and/or plastics and/or glass and similar components. It is possible for additional iron or other metals to be added to the electronic scrap and/or the shredder light fractions for the melting process.
  • the electronic scrap and/or the shredder light fractions are expediently melted in a melting furnace.
  • Hot and dust-containing exhaust gases preferably flow from the melting furnace through the at least one inlet opening into the combustion chamber, flow through the combustion chamber and the at least one waste heat boiler connected downstream of the combustion chamber and then exit the boiler system again through the at least one outlet opening.
  • flow direction of the exhaust gases means in particular the direction of movement of the exhaust gases from the inlet opening to the outlet opening of the boiler system.
  • the inlet opening is arranged on the combustion chamber and preferably forms the entrance to the combustion chamber.
  • the outlet opening is expediently arranged on the waste heat boiler and preferably forms the outlet of the waste heat boiler.
  • the combustion chamber is formed by at least one combustion chamber wall and this combustion chamber wall has cooling pipe sections.
  • These cooling pipe sections are preferably components of a Plurality of cooling tubes.
  • the combustion chamber wall is preferably designed as a cooling tube wall and particularly preferably the combustion chamber is completely or essentially completely formed by a combustion chamber wall designed as a cooling tube wall.
  • a cooling medium is guided in the cooling pipe sections or cooling pipes. This cooling medium is preferably water.
  • the cooling pipe sections or cooling pipes are part of a steam generation circuit. This will be explained in more detail later.
  • the combustion chamber has at least one air addition device.
  • the air addition device serves in particular to supply combustion air into the combustion chamber.
  • the air addition device is preferably designed as an air addition opening, preferably as a closable air addition opening.
  • the air addition device can be set up as an opening in the combustion chamber wall, as a nozzle or nozzle opening or as an air addition nozzle which has an air addition opening or the like.
  • the air addition device is at least one air addition nozzle, which has at least one air addition opening or closable air addition opening.
  • combustion air makes it possible within the scope of the invention for the exhaust gas entering the combustion chamber, in particular the hot, dust-containing exhaust gas from a melting process of electrical scrap, and/or shredder light fractions, to be completely burned in the combustion chamber.
  • the combustion chamber is designed to be round or essentially round in cross-section at least in some areas, preferably over its entire length or essentially over its entire length.
  • cross section of the combustion chamber means in particular the cross section transversely or perpendicular to the longitudinal extent or largest longitudinal extent of the combustion chamber.
  • the combustion chamber is therefore preferably cylindrical or truncated in shape and the combustion chamber wall expediently forms the cylinder jacket or the lateral surface of the truncated cone.
  • the combustion chamber is round or substantially round in cross section over at least 50%, preferably over at least 60%, preferably over at least 70%, particularly preferably over at least 80% and most preferably over at least 90% of its length is round.
  • the combustion chamber is round or essentially round in cross section over its entire length or essentially over its entire length. Length of the combustion chamber here means in particular the extension of the combustion chamber from its entrance or from the inlet opening of the boiler system, which is preferably arranged on the combustion chamber, to the transition of the combustion chamber into the waste heat boiler.
  • the combustion chamber can be composed of several cylindrical and/or frusto-conical combustion chamber sections that merge into one another.
  • Round or essentially round cross-section preferably means a circular or oval cross-section, preferably a circular or essentially circular cross-section.
  • the round or essentially round cross-sectional design of the combustion chamber is based on the knowledge that efficient cooling and energetic use of the exhaust gases is possible, which at the same time can be controlled easily and reliably.
  • the round or essentially round cross-sectional design of the combustion chamber enables optimal mixing of the exhaust gases with the supplied combustion air and, in addition, undesirable creeping flows of the exhaust gases can be prevented.
  • the combustion chamber has at least one fuel addition device, preferably at least one fuel addition opening for the addition of fuels or substitute fuels.
  • Load fluctuations can preferably be compensated for by adding fuels or substitute fuels. Such load fluctuations occur in particular when the furnace load has largely been burned and the exhaust gas quantity and/or exhaust gas temperature therefore decreases.
  • the substitute fuels are preferably liquid and/or gaseous substitute fuels. According to one embodiment, this can be natural gas. Alternatively or additionally, waste materials can be introduced into the combustion chamber as substitute fuel by the fuel addition device.
  • the fuel addition device is designed in the form of at least one fuel addition opening in the combustion chamber wall, through which the fuels or substitute fuels can enter the combustion chamber.
  • the fuel addition device or fuel addition opening is preferably set up in such a way that at least one addition lance can be introduced into the combustion chamber through it, with which the fuel or substitute fuel is then supplied to the combustion chamber.
  • the fuel addition device is at least one fuel addition nozzle which has at least one fuel addition opening or closable fuel addition opening.
  • At least one combined air addition and fuel addition connection which serves as an air addition device and as a fuel addition device, in particular with at least one combined air addition and fuel addition opening is trained.
  • a combined addition nozzle Through such a combined addition nozzle, at least one addition lance for at least one fuel or substitute fuel can be introduced into the combustion chamber, and air or combustion air can flow into the combustion chamber. It is possible for several combined air addition and fuel addition ports to be arranged on the combustion chamber or combustion chamber wall.
  • the preferred embodiment of the combustion chamber with at least one fuel addition device for the addition of fuels or substitute fuels is based on the knowledge that load fluctuations can be effectively compensated for by adding the fuels or substitute fuels.
  • fuel or substitute fuel can be fed into the combustion chamber and in this way the load fluctuations can be compensated for. Furthermore, the addition of fuels or substitute fuels can be used to control or regulate the temperature and/or the residence time or the residence time behavior of the exhaust gases in the combustion chamber.
  • At least one burner is arranged in the combustion chamber.
  • several burners are arranged within the combustion chamber, which can particularly preferably be switched on depending on the fuels or substitute fuels used to burn the substitute fuels.
  • a recommended embodiment of the boiler system according to the invention is characterized in that the inside of the combustion chamber or the combustion chamber wall is lined at least in areas with at least one fireproof material.
  • the inside of the combustion chamber or the combustion chamber wall is expediently over at least 50%, preferably over at least 65%, particularly preferably over at least 80% of its length. very particularly preferably lined with a fireproof material over its entire length or essentially over its entire length.
  • the refractory material is a ceramic material.
  • the refractory material can be applied, in particular in the form of plates and/or as a coating compound and/or as a ramming compound, to the inside of the combustion chamber or the combustion chamber wall.
  • the fireproof material is preferably a fireproof ramming mass.
  • the combustion chamber wall has cooling pipe sections. These cooling pipe sections are preferably part of a plurality of cooling pipes.
  • the combustion chamber wall or the cooling pipe sections of the combustion chamber wall are designed, at least in some areas, as a membrane wall. It is recommended that the combustion chamber or the combustion chamber wall over at least 50% of its length, preferably over at least 65% of its length, preferably over at least 80% of its length, particularly preferably over at least 90% of its length, very particularly preferably over its entire length or is designed as a membrane wall essentially over its entire length. It is recommended that the combustion chamber wall is a membrane wall.
  • membrane wall means in particular a wall made of mutually adjacent cooling tubes, each of which is connected to one another via a web, so that a closed combustion chamber wall is formed.
  • the combustion chamber has a dwell section.
  • the dwell section of the combustion chamber preferably forms an end section of the combustion chamber in the direction of flow of the exhaust gases.
  • the dwell section of the combustion chamber is expediently designed with a membrane wall as a combustion chamber wall.
  • the residence section of the combustion chamber has a Wall without cooling pipes or without cooling pipe sections.
  • the residence section of the combustion chamber serves in particular to extend the distance through which the exhaust gases flow within the combustion chamber and in this way in particular to increase the residence time of the exhaust gases in the combustion chamber or to control or regulate the residence time behavior of the exhaust gases. This embodiment is based on the knowledge that the required or legally required residence time of the exhaust gases in the combustion chamber can be guaranteed or maintained by the residence section or the resulting residence section, which preferably forms an end section of the combustion chamber.
  • the requirements for the residence time or the residence time behavior of the exhaust gases and/or the temperature in the combustion chamber can vary depending on the process or method.
  • the required or legally required residence time can be around two seconds.
  • the legally required temperature that must prevail in the combustion chamber for this residence time can be around 1100 °C.
  • the special design of the combustion chamber according to the invention makes it possible to effectively adapt the residence time and/or the temperature to the requirements and at the same time to use the exhaust gases extremely efficiently to generate energy, in particular to generate steam.
  • a particularly preferred embodiment of the boiler system according to the invention is characterized in that the waste heat boiler has at least one boiler empty draft part. It is within the scope of the invention that the boiler empty draft part of the waste heat boiler is arranged immediately after the combustion chamber in the direction of flow of the exhaust gases.
  • the boiler empty train part expediently has at least one, preferably at least two boiler empty trains, which are preferably separated from one another by a partition are.
  • the waste heat boiler has at least one convection part. It is recommended that the convection part has at least one convection train, preferably at least two convection trains.
  • draft refers in particular to a boiler part or boiler section through which the exhaust gases flow essentially without changing direction.
  • the waste heat boiler comprises at least one boiler empty draft part and at least one convection part. It is within the scope of the invention that a boiler empty draft part of the waste heat boiler follows immediately after the combustion chamber in the flow direction of the exhaust gases and that a convection part of the waste heat boiler follows in the flow direction of the exhaust gases after the boiler empty draft part.
  • the exhaust gases emerging from a furnace or melting furnace first flow through the combustion chamber, then the boiler empty draft part of the waste heat boiler and finally the convection part of the waste heat boiler.
  • This configuration of the boiler system according to the invention makes it possible, in particular, for the required or legally required residence time and/or the temperature to be maintained in the combustion chamber and then for rapid heat reduction of the exhaust gases to take place in the boiler empty draft part and/or in the convection part of the waste heat boiler,
  • the heat of the exhaust gases can be used to effectively generate steam.
  • the waste heat boiler has, at least in some areas, an angular, in particular a rectangular, cross-section.
  • cross section of the waste heat boiler means in particular the cross section of the waste heat boiler transversely or perpendicular to its longitudinal extent or largest longitudinal extent.
  • the waste heat boiler is expediently over at least 50%, preferably over at least 60%, preferably over at least 70%, particularly preferably over at least 80% and very particularly preferably over at least 90% of its length are angular or rectangular in cross section.
  • the waste heat boiler is angular, in particular rectangular, in cross section over its entire length or essentially over its entire length.
  • the waste heat boiler has a square cross-section at least in some areas.
  • other angular cross-sectional shapes for example a hexagonal, octagonal or similar cross-section, are also within the scope of the invention.
  • the boiler empty draft part and/or the convection part has an angular, in particular a rectangular, cross-section at least in some areas.
  • the boiler empty draft part and/or the convection part is preferably designed to be angular, in particular rectangular, in cross section over its entire length or essentially over its entire length.
  • a cross-sectional transition from round or essentially round to square, in particular rectangular takes place between the combustion chamber and the waste heat boiler.
  • the combustion chamber is round in cross-section over its entire length or essentially over its entire length and the waste heat boiler is angular in cross-section, in particular rectangular, at least in some areas, preferably over its entire length or essentially over its entire length is formed
  • a cross-sectional transition from round or essentially round to square, in particular rectangular takes place at the transition point or in the transition area between the combustion chamber and the waste heat boiler.
  • a corresponding transition piece can be provided for this purpose.
  • the cross-sectional transition takes place very particularly preferably between the combustion chamber and the boiler empty draft part of the waste heat boiler.
  • the waste heat boiler has a round or essentially round cross-section at least in some areas, preferably over its entire length.
  • the boiler empty draft part and/or the convection part is expediently designed to be round or essentially round in cross-section at least in some areas, preferably completely. In this way, deformation of the components due to high internal pressure in the boiler system can be counteracted.
  • the waste heat boiler has at least one dust separation device.
  • the dust separation device is preferably funnel-shaped. It is within the scope of the invention that the boiler empty draft part and/or the convection part of the waste heat boiler has at least one dust separation device, preferably a funnel-shaped dust separation device.
  • the walls of the waste heat boiler have cooling pipe sections and in particular are designed as a membrane wall at least in some areas. It is recommended that the walls of the empty boiler draft part are provided with cooling pipe sections and are preferably designed as a membrane wall at least in some areas, particularly preferably over the entire length or essentially over the entire length of the empty boiler draft part.
  • the boiler empty draft part of the waste heat boiler can in particular be at least one boiler empty draft.
  • boiler empty draft means in particular a boiler section or boiler part in which only the walls
  • a boiler empty pass can also be designed completely without cooling pipe sections.
  • At least two such empty boiler trains are expediently provided for the empty boiler train part.
  • convection heating surfaces are provided which run in the interior of the convection part or the convection flue and are preferably arranged transversely to the flow direction of the exhaust gases or transversely to the longitudinal direction of the convection part.
  • the convection heating surfaces can be, for example, cooling pipes or cooling pipe bundles.
  • convection draft means in particular a boiler section or boiler part, in the interior of which convection heating surfaces are arranged - preferably transversely to the flow direction of the exhaust gases.
  • at least two convection flues are provided as the convection part of the waste heat boiler.
  • the heat transfer from the exhaust gases to the cooling pipe sections can take place by radiation if the exhaust gas temperature is correspondingly high. It is additionally or alternatively possible for the heat transfer from the exhaust gases to the cooling pipe sections of the walls in the empty boiler draft part to take place by convection.
  • the heat transfer from the exhaust gas to the convection heating surfaces or cooling pipes takes place essentially by convection.
  • a boiler empty pass or additional boiler empty pass is arranged to redirect the exhaust gas flow between two convection flues, so that the exhaust gas flows through the convection flues from top to bottom.
  • the combustion chamber runs predominantly in the height direction.
  • the exhaust gases entering the combustion chamber therefore preferably flow predominantly in the height direction in the combustion chamber.
  • Height direction here means in particular vertical and/or obliquely to the surface of the boiler system.
  • the combustion chamber has sections whose longitudinal axis is arranged vertically to the ground and/or has sections whose longitudinal axis is arranged obliquely to the ground.
  • the waste heat boiler is at least a vertical boiler, the longitudinal axis of which is arranged vertically or essentially vertically, in particular vertically to the base of the boiler system, and through which the exhaust gas flows vertically or essentially vertically.
  • the boiler empty draft part and/or the convection part of the waste heat boiler is at least a vertical boiler or a vertical draft.
  • the combustion chamber runs predominantly in the vertical direction and the waste heat boiler connected downstream of the combustion chamber in the direction of flow of the exhaust gases is designed as a vertical boiler with several vertical flues.
  • the boiler empty draft part of the waste heat boiler expediently has at least one, preferably at least two vertical boiler empty flues and/or the convection part of the waste heat boiler has at least one, preferably at least two vertical convection flues.
  • the dust separation devices preferably provided are in the lower region of the boiler empty flue part and/or the convection part and in particular in the lower region of the boiler empty flue and/or the convection trains.
  • the lower area means in particular the area of the waste heat boiler facing the subsoil.
  • the boiler empty draft part and/or the convection part are designed as horizontal boilers or horizontal drafts, the longitudinal axis of which is arranged horizontally or essentially horizontally and which is horizontally or essentially horizontally separated from the boiler in its longitudinal direction Exhaust gas flows through.
  • the empty boiler part of the waste heat boiler is designed as at least one vertical boiler or vertical pass and the convection part of the waste heat boiler is designed as at least one horizontal boiler or horizontal pass.
  • the cooling pipe sections are part of a steam generation circuit, which is preferably set up in such a way that steam can be generated in natural circulation and/or in forced circulation with the boiler system.
  • the cooling tube sections are expediently part of a plurality of cooling tubes, which preferably form a cooling tube wall, for example a membrane wall.
  • the cooling medium is preferably supplied to the cooling pipe sections or cooling pipes via at least one feed line.
  • the cooling medium heated in the boiler system, in particular in the combustion chamber and/or the waste heat boiler, is recommended to be removed again via at least one return line.
  • the boiler system or the steam generation circuit of the boiler system expediently has at least one steam drum or an upper steam drum.
  • the cooling medium or the steam generated is circulated in particular by convection.
  • at least one circulation pump is provided for forced circulation of the cooling medium or the steam generated. It is within the scope of the invention that the boiler system is set up in such a way that a combination of natural circulation and forced circulation is possible.
  • the steam generation circuit is set up so that saturated steam and/or superheated steam can be generated.
  • fuels or substitute fuels are supplied to the combustion chamber, in particular through the fuel addition device, which are preferably used to compensate for load fluctuations in the combustion chamber burned or co-burned.
  • the exhaust gases preferably flow from a melting furnace through the at least one inlet opening of the boiler system into the combustion chamber.
  • the method according to the invention is preferably carried out as a batch process, so that the melting furnace is loaded with a certain amount of fuel, in particular electrical scrap and/or shredder light fractions, and is only loaded with new fuel after the amount of fuel has been burned.
  • fuel or substitute fuels can be supplied to the combustion chamber in order to compensate for fluctuations in the load of the melting furnace.
  • the melting furnace it is also fundamentally within the scope of the invention for the melting furnace to be operated continuously by continuously supplying new fuel to the furnace.
  • the invention furthermore relates to the use of a boiler system described above for the treatment of exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or shredder light fractions.
  • the boiler system according to the invention has proven particularly useful for treating the exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or shredder light fractions.
  • the invention relates to a system for the treatment of exhaust gases, in particular dust-containing exhaust gases from the combustion of electrical waste, with at least one boiler system according to the invention and at least one furnace or melting furnace connected to the boiler system.
  • the invention is based on the knowledge that with the boiler system according to the invention an efficient treatment of exhaust gases - in particular dust-containing exhaust gases from a melting process of electrical scrap and / or shredder light fractions - is possible and that in the combustion chamber of the boiler system according to the invention the required or legally required residence time and /or the temperature of the exhaust gas can be controlled or regulated depending on requirements.
  • the fuel addition device provided according to the invention for fuels or substitute fuels, load fluctuations can be compensated for effectively and reliably and the required temperature within the combustion chamber can be ensured or maintained.
  • the combustion chamber which is round or essentially round in cross-section at least in some areas, enables very satisfactory control of the combustion processes in the combustion chamber, since the added combustion air is optimally mixed with the exhaust gases and creep flows can be almost completely avoided.
  • the combustion chamber according to the invention simultaneously enables effective combustion, effective steam generation and optimal control of the parameters such as residence time or residence time behavior and / or temperature of the exhaust gases in the combustion chamber.
  • the waste heat boiler which according to the invention is connected downstream of the combustion chamber in the direction of flow of the exhaust gases and which preferably has an empty boiler draft part and a convection part, allows the exhaust gases to be cooled in a controlled manner, whereby the heat of the exhaust gases can be used efficiently to generate steam.
  • the boiler system according to the invention and the method for treating the exhaust gases carried out with the boiler system are characterized by both a simple and less complex structure and by high efficiency in cooling the exhaust gases and generating steam.
  • the Fig. 1 shows a boiler system according to the invention for the treatment of exhaust gases, in particular dust-containing exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or shredder light fractions.
  • the boiler system is preferably and in the exemplary embodiment connected to a melting furnace.
  • the boiler system has at least one inlet opening 1 and at least one outlet opening 2 for the exhaust gases.
  • the boiler system further comprises at least one combustion chamber 3 and at least one waste heat boiler 4 connected downstream of the combustion chamber 3 in the flow direction of the exhaust gases.
  • the inlet opening 1 is arranged at the end of the combustion chamber 3 facing the furnace or connected to the furnace.
  • the combustion chamber wall 5 forming the combustion chamber 3 has cooling pipe sections 6.
  • the combustion chamber wall 5 is designed, at least in some areas, as a membrane wall.
  • the cooling pipes of the membrane wall are preferably part of a steam generation circuit for generating steam using the hot exhaust gases.
  • the combustion chamber 3 is designed to be circular or substantially circular in cross-section at least in some areas, preferably and in the exemplary embodiment over its entire length or essentially over its entire length.
  • Cross section here means in particular the cross section transverse or perpendicular to the longitudinal extent of the combustion chamber 3.
  • the combustion chamber 3 is recommended and in the exemplary embodiment constructed from several, essentially cylindrical and/or truncated cone-shaped sections, in which the combustion chamber wall 5 forms the cylinder jacket or the lateral surface of the truncated cone forms.
  • the combustion chamber 3 has at least one air addition device, preferably and in the exemplary embodiment at least one air addition opening 7 for supplying combustion air into the combustion chamber 3.
  • the combustion chamber 3 also has at least one fuel addition device for the addition of fuels or substitute fuels.
  • the fuels or substitute fuels are preferably liquid and/or gaseous fuels or substitute fuels.
  • the fuel addition device is at least one fuel addition opening 8.
  • a combined air addition and fuel addition port 16 is arranged on the combustion chamber, which is designed as an air addition and fuel addition device and expediently and in the exemplary embodiment has at least one opening, which serves as an air addition opening 7 and is set up as a fuel addition opening 8 (see in particular Fig. 2 ).
  • the combined nozzle 16 thus serves on the one hand as an air addition opening 7 for the flow of combustion air into the combustion chamber 3 and on the other hand as a fuel addition opening 8 for the addition of fuels or substitute fuels into the combustion chamber 3.
  • the Fuel addition opening 8 or the combined nozzle 16 can expediently and in the exemplary embodiment at least one addition lance be introduced into the combustion chamber, with which the fuel or substitute fuel is supplied to the combustion chamber 3.
  • At least one burner is arranged in the combustion chamber 3. It is recommended that several burners be provided in the combustion chamber 3.
  • the burners can in particular support the combustion of the fuels or substitute fuels and/or serve to control the temperature in the combustion chamber 3.
  • the inside of the combustion chamber 3 or the combustion chamber wall 5 is at least partially lined with a fireproof material 10.
  • a fireproof material 10 is preferably and in the exemplary embodiment a fireproof ramming mass.
  • the combustion chamber 3 has a dwell section 11, which expediently and in the exemplary embodiment according to Fig. 1 forms an end section of the combustion chamber 3 in the flow direction of the exhaust gases.
  • the residence section 11 of the combustion chamber 3 extends in particular the residence distance of the combustion chamber 3, so that the residence time of the exhaust gas in the combustion chamber 3 is increased.
  • a particularly recommended embodiment of the invention is characterized in that the waste heat boiler 4 has a boiler empty draft part 12.
  • the boiler empty train part 12 which is in the Fig. 1 is shown in dash-dotted lines, directly to the combustion chamber 3 in the flow direction of the exhaust gases.
  • the boiler empty train part 12 preferably comprises and in the exemplary embodiment according to Fig. 1 two boiler empty trains 17, which are separated from each other by a partition 18.
  • the waste heat boiler 4 also has at least one convection part 13, which is in the Fig. 1 is shown in dashed lines.
  • the convection part 13 adjoins the boiler empty draft part 12, as recommended and in the exemplary embodiment in the direction of flow of the exhaust gases.
  • the convection part 13 comprises two convection channels 19.
  • the walls of the boiler empty train part 12 have cooling pipe sections 6 at least in some areas.
  • the boiler empty trains 17 of the boiler empty train part 12 expediently have cooling pipe sections 6 only in the area of the walls and, in particular, have no further or essentially no further cooling pipes in their interior.
  • convection heating surfaces - preferably and in the exemplary embodiment cooling tube bundles - be provided in the convection channels 19 of the convection part 13, which run in the interior of the convection channels 19, preferably and in the exemplary embodiment transversely to the flow direction of the exhaust gases.
  • the waste heat boiler 4 is at least partially angular in cross section, in particular rectangular.
  • the boiler empty trains 17 are expediently Boiler empty train part 12 and the convection trains 19 of the convection part 13 of the waste heat boiler 4 are at least partially angular in cross-section, in particular rectangular in cross-section and very particularly preferred and in the exemplary embodiment are rectangular in cross-section over their entire length or essentially over their entire length.
  • a cross-sectional transition takes place between the combustion chamber 3 and the waste heat boiler 4 from round or essentially round to square, in particular rectangular.
  • this cross-sectional transition from round to square takes place at the transition between the combustion chamber 3 and the empty boiler draft part 12 of the waste heat boiler 4.
  • the combustion chamber 3 runs predominantly in the height direction. It is recommended that the waste heat boiler 4 is at least a vertical boiler, the longitudinal axis of which is arranged essentially vertically and through which the exhaust gas flows vertically or essentially vertically.
  • the boiler empty flues 17 of the boiler empty flue part 12 are designed as vertical flues or vertical boilers and the convection flues 19 of the convection part 13 are designed as vertical flues or vertical boilers.
  • the boiler empty flues 17 and the convection flues 19 are thus flowed through vertically or essentially vertically by the exhaust gas in the exemplary embodiment.
  • the waste heat boiler 4 has at least one dust separation device 14, which is expediently funnel-shaped in the exemplary embodiment.
  • funnel-shaped dust separation devices 14 are on the underside of the two convection flues 19 of the convection part 13 and on the underside of the boiler empty flue part 12 arranged.
  • the cooling pipe sections 6 are part of a steam generation circuit, which is preferably set up in such a way that steam can be generated in natural circulation and/or in forced circulation with the boiler system.
  • the boiler system in the exemplary embodiment has a steam drum or upper steam drum 20.
  • the steam generation circuit is in particular set up so that saturated steam and/or superheated steam can be generated.
  • the boiler system according to the invention is used to treat dust-containing, hot exhaust gases from a melting process of electrical scrap and/or shredder light fractions.
  • the exhaust gases from the melting furnace are introduced into the combustion chamber 3 via the inlet opening 1 and there completely or essentially completely with the addition of combustion air through the Air addition device or the at least one air addition opening 7 burned.
  • the exhaust gases are then introduced into the waste heat boiler 4 for further cooling and preferably first flow through the boiler empty draft part 12 and then the convection part 13.
  • the exhaust gases then leave the boiler system through the outlet opening 2, which is preferably arranged in an end section of the convection part 13 in the exemplary embodiment. While the exhaust gases flow through the combustion chamber 3 and/or the waste heat boiler 4, steam is generated by the interaction of the exhaust gases with the cooling pipe sections 6.
  • 8 fuels or substitute fuels are preferably supplied through the fuel addition device or the at least one fuel addition opening supplied, which are burned or co-burned to compensate for load fluctuations in the combustion chamber 3.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kesselsystem zur Behandlung von Abgasen, insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen, mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung für die Abgase, wobei das Kesselsystem zumindest eine Brennkammer und zumindest einen der Brennkammer in Strömungsrichtung der Abgase nachgeschalteten Abhitzekessel aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen mit einem solchen Kesselsystem und eine Verwendung eines derartigen Kesselsystems für die Behandlung von Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen.
  • Kesselsysteme und Verfahren zur Behandlung von Abgasen sind aus der Praxis und aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen grundsätzlich bekannt. Dabei werden die Abgase üblicherweise durch eine Brennkammer und einen Abhitzekessel geleitet. Die Abgase kühlen während der Durchströmung solcher Kesselsysteme ab und dabei kann mittels eines Dampferzeugungskreislaufes Dampf erzeugt werden. Derartige Kesselsysteme sind in der Regel an einen Schmelzofen bzw. Verbrennungsofen angeschlossen, aus dem die zu behandelnden Abgase herausströmen. DE 196 27 758 A1 beschreibt eine Hochtemperaturanlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen und Pyrolysereststoffen mit einer Brennkammer und einem der Brennkammer nachgeschalteten Abhitzekessel, der ringförmig ausgebildet ist. DE 10 2011 002 615 A1 betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Abgases aus einem Elektroschmelzprozess und beschreibt eine Vorrichtung mit einer Brennkammer und einem nachgeschalteten Wärmetauscher. In Abhängigkeit von dem Prozess bzw. Verfahren, in dem die Kesselsysteme zur Anwendung kommen, ist es oftmals erforderlich, dass in der Brennkammer eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Verweilzeit der Abgase eingehalten wird. Dies ist beispielsweise bei der Behandlung von Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen der Fall. Die bekannten Kesselsysteme ermöglichen es aber oftmals nicht, die Temperatur und/oder das Verweilzeitverhalten der Abgase in der Brennkammer je nach Anwendung und in Abhängigkeit von den Erfordernissen bzw. gesetzlichen Erfordernissen zu steuern bzw. zu regeln. Die Einhaltung der Verweilzeit- und/oder Temperaturvorgaben für die Brennkammer ist dann nur mit großem Aufwand möglich. Bei den bekannten Kesselsystemen bzw. Verfahren zur Behandlung von Abgasen ist es zudem oftmals schwierig, die Energie der Abgase optimal zu verwerten beispielsweise zur Dampferzeugung zu nutzen - und gleichzeitig einfach und funktionssicher die geforderte Temperatur und/oder die geforderte Verweilzeit in der Brennkammer einzuhalten. - Insoweit besteht Verbesserungsbedarf.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Kesselsystem zur Behandlung von Abgasen anzugeben, mit dem eine hohe Effizienz hinsichtlich der Abkühlung der Abgase und der Energienutzung bzw. Energiegewinnung aus den Abgasen möglich ist, das nichtsdestoweniger einfach und platzsparend aufgebaut ist und bei dem je nach Anforderung die Temperatur und/oder die Verweilzeit bzw. das Verweilzeitverhalten in der Brennkammer gesteuert bzw. geregelt werden kann. Weiterhin liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen mit einem derartigen Kesselsystem sowie die Verwendung eines Kesselsystems für die Behandlung von Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen anzugeben.
  • Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung ein Kesselsystem zur Behandlung von Abgasen, insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen, mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung für die Abgase, wobei das Kesselsystem zumindest eine Brennkammer und zumindest einen der Brennkammer in Strömungsrichtung der Abgase nachgeschalteten Abhitzekessel aufweist, wobei die Brennkammerwand Kühlrohrabschnitte aufweist, wobei die Brennkammer zumindest eine Luftzugabeeinrichtung, vorzugsweise zumindest eine Luftzugabeöffnung, für die Zuführung von Verbrennungsluft in die Brennkammer aufweist, wobei die Brennkammer zumindest bereichsweise, vorzugsweise über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge, im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgebildet ist,
    • wobei die Brennkammer zumindest eine Brennstoffzugabeeinrichtung, vorzugsweise zumindest eine Brennstoffzugabeöffnung, für die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen, bevorzugt von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen, aufweist
    • und wobei der Abhitzekessel zumindest bereichsweise einen eckigen, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt aufweist und wobei zwischen der Brennkammer und dem Abhitzekessel ein Querschittsübergang von rund bzw. im Wesentlichen rund nach eckig, insbesondere rechteckig, erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Kesselsystem wird zur Behandlung von Abgasen eingesetzt. Die Abgase können aus einem Schmelzprozess stammen, insbesondere aus einem Schmelzprozess von Eisen und anderen Metallen und/oder Reststoffen. Gemäß bevorzugter Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Kesselsystem für die Behandlung von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen verwendet.
  • Bei dem Elektroschrott handelt es sich insbesondere um Altelektrogeräte bzw. deren Bestandteile. Bei Schredderleichtfraktionen handelt es sich insbesondere um Reste von Zerkleinerungsprozessen in Schredderanlagen, beispielsweise von Altfahrzeugen, Haushaltsgeräten, Bauschrott und dergleichen. Der Elektroschrott und/oder die Schredderleichtfraktionen enthalten dabei üblicherweise Eisen und/oder andere Restmetalle und/oder Kunststoffe und/oder Glas und dergleichen Bestandteile. Es ist möglich, dass dem Elektroschrott und/oder den Schredderleichtfraktionen für den Schmelzprozess zusätzliches Eisen bzw. weitere Metalle zugesetzt werden. Der Elektroschrott und/oder die Schredderleichtfraktionen werden zweckmäßigerweise in einem Schmelzofen geschmolzen.
  • Dabei strömen vorzugsweise aus dem Schmelzofen heiße und staubhaltige Abgase durch die zumindest eine Einlassöffnung in die Brennkammer, durchströmen die Brennkammer und den zumindest einen der Brennkammer nachgeschalteten Abhitzekessel und treten anschließend durch die zumindest eine Auslassöffnung wieder aus dem Kesselsystem aus. Strömungsrichtung der Abgase meint in diesem Zusammenhang insbesondere die Bewegungsrichtung der Abgase von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung des Kesselsystems. Vorzugsweise ist die Einlassöffnung an der Brennkammer angeordnet und bildet bevorzugt den Eingang der Brennkammer. Zweckmäßigerweise ist die Auslassöffnung an dem Abhitzekessel angeordnet und bildet vorzugsweise den Ausgang des Abhitzekessels.
  • Die Brennkammer wird erfindungsgemäß von zumindest einer Brennkammerwand gebildet und diese Brennkammerwand weist Kühlrohrabschnitte auf. Vorzugsweise sind diese Kühlrohrabschnitte Bestandteile einer Mehrzahl von Kühlrohren. Bevorzugt ist die Brennkammerwand als Kühlrohrwand ausgebildet und besonders bevorzugt ist die Brennkammer vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig von einer als Kühlrohrwand ausgestalteten Brennkammerwand gebildet. In den Kühlrohrabschnitten bzw. Kühlrohren wird ein Kühlmedium geführt. Bei diesem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um Wasser. Die Kühlrohrabschnitte bzw. Kühlrohre sind gemäß besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung Teil eines Dampferzeugungskreislaufes. Dies wird später noch näher erläutert.
  • Erfindungsgemäß weist die Brennkammer zumindest eine Luftzugabeeinrichtung auf. Die Luftzugabeeinrichtung dient insbesondere der Zuführung von Verbrennungsluft in die Brennkammer. Die Luftzugabeeinrichtung ist vorzugsweise als Luftzugabeöffnung, bevorzugt als verschließbare Luftzugabeöffnung, ausgebildet. Die Luftzugabeeinrichtung kann im Rahmen der Erfindung als Öffnung in der Brennkammerwand, als Düse bzw. Düsenöffnung oder als Luftzugabestutzen, der eine Luftzugabeöffnung aufweist oder dergleichen eingerichtet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Luftzugabeeinrichtung zumindest ein Luftzugabestutzen, der zumindest eine Luftzugabeöffnung bzw. verschließbare Luftzugabeöffnung aufweist. Die Zugabe von Verbrennungsluft zu der Brennkammer ermöglicht es im Rahmen der Erfindung, dass das in die Brennkammer eintretende Abgas, insbesondere das heiße, staubhaltige Abgas aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott, und/oder Schredderleichtfraktionen in der Brennkammer vollständig verbrannt wird.
  • Erfindungsgemäß ist die Brennkammer zumindest bereichsweise, vorzugsweise über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge, im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgebildet. Querschnitt der Brennkammer meint in diesem Zusammenhang insbesondere den Querschnitt quer bzw. senkrecht zur Längserstreckung bzw. größten Längserstreckung der Brennkammer. In den Abschnitten der Brennkammer, die im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgestaltet sind, ist die Brennkammer somit vorzugsweise zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet und die Brennkammerwand bildet zweckmäßigerweise den Zylindermantel bzw. die Mantelfläche des Kegelstumpfes. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Brennkammer über zumindest 50 %, vorzugsweise über zumindest 60 %, bevorzugt über zumindest 70 %, besonders bevorzugt über zumindest 80 % und ganz besonders bevorzugt über zumindest 90 % ihrer Länge im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgebildet ist. Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Brennkammer über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgebildet. Länge der Brennkammer meint hier insbesondere die Erstreckung der Brennkammer von ihrem Eingang bzw. von der vorzugsweise an der Brennkammer angeordneten Einlassöffnung des Kesselsystems bis zu dem Übergang der Brennkammer in den Abhitzekessel. Die Brennkammer kann dabei aus mehreren ineinander übergehenden, zylinderförmigen und/oder kegelstumpfförmigen Brennkammerabschnitten zusammengesetzt sein. Runder bzw. im Wesentlichen runder Querschnitt meint vorzugsweise einen kreisrunden oder ovalen Querschnitt, bevorzugt einen kreisrunden bzw. im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt. Der im Querschnitt runden bzw. im Wesentlichen runden Ausgestaltung der Brennkammer liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine effiziente Abkühlung und energetische Nutzung der Abgase möglich ist, die gleichzeitig einfach und funktionssicher zu kontrollieren ist. Die im Querschnitt runde bzw. im Wesentlichen runde Ausgestaltung der Brennkammer ermöglicht eine optimale Vermischung der Abgase mit der zugeführten Verbrennungsluft und darüber hinaus können unerwünschte Schleichströmungen der Abgase verhindert werden.
  • Erfindungsgemäß weist die Brennkammer zumindest eine Brennstoffzugabeeinrichtung, bevorzugt zumindest eine Brennstoffzugabeöffnung für die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen auf. Durch die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen können vorzugsweise Lastschwankungen ausgeglichen werden. Derartige Lastschwankungen treten insbesondere dann auf, wenn die Ofenbeladung zu einem Großteil verbrannt ist und somit die Abgasmenge und/oder Abgastemperatur nachlässt. Bei den Ersatzbrennstoffen handelt es sich vorzugsweise um flüssige und/oder gasförmige Ersatzbrennstoffe. Dabei kann es sich gemäß einer Ausführungsform um Erdgas handeln. Alternativ oder zusätzlich können durch die Brennstoffzugabeeinrichtung Abfallstoffe als Ersatzbrennstoff in die Brennkammer eingeführt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Brennstoffzugabeeinrichtung in Form von zumindest einer Brennstoffzugabeöffnung in der Brennkammerwand ausgebildet, durch die die Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe in die Brennkammer gelangen können. Bevorzugt ist die Brennstoffzugabeeinrichtung bzw. Brennstoffzugabeöffnung derart eingerichtet, dass durch diese zumindest eine Zugabelanze in die Brennkammer eingeführt werden kann, mit der dann der Brennstoff bzw. Ersatzbrennstoff der Brennkammer zugeführt wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Brennstoffzugabeeinrichtung zumindest ein Brennstoffzugabestutzen ist, der zumindest eine Brennstoffzugabeöffnung bzw. verschließbare Brennstoffzugabeöffnung aufweist.
  • Gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein kombinierter Luftzugabe- und Brennstoffzugabestutzen vorgesehen, der als Luftzugabeeinrichtung und als Brennstoffzugabeeinrichtung, insbesondere mit zumindest einer kombinierten Luftzugabe- und Brennstoffzugabeöffnung ausgebildet ist. Durch einen solchen kombinierten Zugabestutzens kann sowohl zumindest eine Zugabelanze für zumindest einen Brennstoff bzw. Ersatzbrennstoff in die Brennkammer eingeführt werden, als auch Luft bzw. Verbrennungsluft in die Brennkammer strömen. Es ist möglich, dass mehrere kombinierte Luftzugabe- und Brennstroffzugabestutzen an der Brennkammer bzw. Brennkammerwand angeordnet sind. Die bevorzugte Ausgestaltung der Brennkammer mit zumindest einer Brennstoffzugabeeinrichtung für die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Zugabe der Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe Lastschwankungen effektiv ausgeglichen werden können. Je nach Anforderungen des Prozesses bzw. Verfahrens kann Brennstoff bzw. Ersatzbrennstoff in die Brennkammer zugeführt werden und auf diese Weise können die Lastschwankungen ausgeglichen werden. Weiterhin kann die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen dazu genutzt werden, die Temperatur und/oder die Verweilzeit bzw. das Verweilzeitverhalten der Abgase in der Brennkammer zu steuern bzw. zu regeln.
  • Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist in der Brennkammer zumindest ein Brenner angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Brenner innerhalb der Brennkammer angeordnet, die besonders bevorzugt in Abhängigkeit von den eingesetzten Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen zur Verbrennung der Ersatzbrennstoffe zugeschaltet werden können.
  • Eine empfohlene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kesselsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Brennkammer bzw. der Brennkammerwand zumindest bereichsweise mit zumindest einem feuerfesten Material ausgekleidet ist. Zweckmäßigerweise ist die Innenseite der Brennkammer bzw. der Brennkammerwand über zumindest 50 %, bevorzugt über zumindest 65 %, besonders bevorzugt über zumindest 80 % ihrer Länge, ganz besonders bevorzugt über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge mit einem feuerfesten Material ausgekleidet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das feuerfeste Material ein keramisches Material ist. Das feuerfeste Material kann insbesondere in Form von Platten und/oder als Streichmasse und/oder als Stampfmasse auf die Innenseite der Brennkammer bzw. der Brennkammerwand aufgebracht sein. Bevorzugt ist das feuerfeste Material eine feuerfeste Stampfmasse.
  • Erfindungsgemäß weist die Brennkammerwand Kühlrohrabschnitte auf. Vorzugsweise sind diese Kühlrohrabschnitte Bestandteil einer Mehrzahl von Kühlrohren. Gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennkammerwand bzw. die Kühlrohrabschnitte der Brennkammerwand zumindest bereichsweise als Membranwand ausgebildet. Es empfiehlt sich, dass die Brennkammer bzw. die Brennkammerwand über zumindest 50 % ihrer Länge, vorzugsweise über zumindest 65 % ihrer Länge, bevorzugt über zumindest 80 % ihrer Länge, besonders bevorzugt über zumindest 90 % ihrer Länge, ganz besonders bevorzugt über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge als Membranwand ausgebildet ist. Empfohlenermaßen ist die Brennkammerwand eine Membranwand. Membranwand meint in diesem Zusammenhang insbesondere eine Wand aus zueinander benachbarten Kühlrohren, die jeweils über einen Steg miteinander verbunden sind, so dass eine geschlossene Brennkammerwand gebildet wird.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Brennkammer einen Verweilabschnitt aufweist. Der Verweilabschnitt der Brennkammer bildet Vorzugsweise in Strömungsrichtung der Abgase einen Endabschnitt der Brennkammer. Der Verweilabschnitt der Brennkammer ist zweckmäßigerweise mit einer Membranwand als Brennkammerwand ausgebildet. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass der Verweilabschnitt der Brennkammer eine Wandung ohne Kühlrohre bzw. ohne Kühlrohrabschnitte aufweist. Der Verweilabschnitt der Brennkammer dient insbesondere dazu, die von den Abgasen innerhalb der Brennkammer zu durchströmende Strecke zu verlängern und auf diese Weise insbesondere die Verweilzeit der Abgase in der Brennkammer zu erhöhen bzw. das Verweilzeitverhalten der Abgase zu steuern bzw. zu regeln. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch den Verweilabschnitt bzw. die daraus resultierende Verweilstrecke, die vorzugsweise einen Endabschnitt der Brennkammer bildet, die geforderte bzw. gesetzlich geforderte Verweilzeit der Abgase in der Brennkammer gewährleistet bzw. eingehalten werden kann.
  • Die Anforderungen an die Verweilzeit bzw. das Verweilzeitverhalten der Abgase und/oder die Temperatur in der Brennkammer können je nach Prozess bzw. Verfahren variieren. Üblicherweise kann die geforderte bzw. gesetzlich geforderte Verweilzeit etwa zwei Sekunden betragen. Die gesetzlich geforderte Temperatur, die über diese Verweilzeit mindestens in der Brennkammer herrschen muss, kann etwa 1100 °C betragen. Durch die erfindungsgemäße, spezielle Ausgestaltung der Brennkammer ist es möglich, die Verweilzeit und/oder die Temperatur effektiv an die Erfordernisse anzupassen und gleichzeitig die Abgase äußerst effizient zur Energiegewinnung, insbesondere zur Dampferzeugung, zu verwenden.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kesselsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abhitzekessel zumindest einen Kesselleerzugteil aufweist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Kesselleerzugteil des Abhitzekessels in Strömungsrichtung der Abgase unmittelbar nach der Brennkammer angeordnet ist. Zweckmäßigerweise weist der Kesselleerzugteil zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei Kesselleerzüge auf, die bevorzugt durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Abhitzekessel zumindest einen Konvektionsteil aufweist. Es empfiehlt sich, dass der Konvektionsteil zumindest einen Konvektionszug, vorzugsweise zumindest zwei Konvektionszüge aufweist. Mit dem Begriff Zug ist im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Kesselteil oder Kesselabschnitt gemeint, der von den Abgasen im Wesentlichen ohne Richtungsänderung durchströmt wird.
  • Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Abhitzekessel zumindest einen Kesselleerzugteil und zumindest einen Konvektionsteil. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in Strömungsrichtung der Abgase unmittelbar nach der Brennkammer ein Kesselleerzugteil des Abhitzekessels folgt und dass anschließend in Strömungsrichtung der Abgase nach dem Kesselleerzugteil ein Konvektionsteil des Abhitzekessels folgt. Im Rahmen einer solchen Ausführungsform durchströmen die aus einem Ofen bzw. Schmelzofen austretenden Abgase zunächst die Brennkammer, anschließend den Kesselleerzugteil des Abhitzekessels und schließlich den Konvektionsteil des Abhitzekessels. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kesselsystems ermöglicht es insbesondere, dass in der Brennkammer zunächst die geforderte bzw. gesetzlich geforderte Verweilzeit und/oder die Temperatur gehalten werden kann und dass anschließend in dem Kesselleerzugteil und/oder in dem Konvektionsteil des Abhitzekessels ein rascher Wärmeabbau der Abgase erfolgt, wobei die Wärme der Abgase zur effektiven Dampferzeugung genutzt werden kann.
  • Erfindungsgemäß weist der Abhitzekessel zumindest bereichsweise einen eckigen, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt auf. Querschnitt des Abhitzekessels meint in diesem Zusammenhang insbesondere den Querschnitt des Abhitzekessels quer bzw. senkrecht zu seiner Längserstreckung bzw. größten Längserstreckung. Zweckmäßigerweise ist der Abhitzekessel über zumindest 50 %, vorzugsweise über zumindest 60 %, bevorzugt über zumindest 70 %, besonders bevorzugt über zumindest 80 % und ganz besonders bevorzugt über zumindest 90 % seiner Länge im Querschnitt eckig bzw. rechteckig ausgebildet. Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Abhitzekessel über seine gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über seine gesamte Länge im Querschnitt eckig, insbesondere rechteckig ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Abhitzekessel zumindest bereichsweise einen quadratischen Querschnitt aufweist. Grundsätzlich liegen auch andere eckige Querschnittsformen, beispielsweise ein sechseckiger, achteckiger oder dergleichen Querschnitt im Rahmen der Erfindung. Es empfiehlt sich, dass der Kesselleerzugteil und/oder der Konvektionsteil zumindest bereichsweise einen eckigen, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Bevorzugt ist der Kesselleerzugteil und/oder der Konvektionsteil über seine gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über seine gesamte Länge im Querschnitt eckig, insbesondere rechteckig ausgebildet.
  • Erfindungsgemäß erfolgt zwischen der Brennkammer und dem Abhitzekessel ein Querschnittsübergang von rund bzw. im Wesentlichen rund nach eckig, insbesondere rechteckig. Wenn die Brennkammer gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge im Querschnitt rund ausgebildet ist und der Abhitzekessel zumindest bereichsweise, vorzugsweise über seine gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über seine gesamte Länge im Querschnitt eckig, insbesondere rechteckig ausgebildet ist, findet an der Übergangsstelle bzw. im Übergangsbereich zwischen Brennkammer und Abhitzekessel ein Querschnittsübergang von rund bzw. im Wesentlichen rund nach eckig, insbesondere rechteckig statt. Hierzu kann ein entsprechendes Übergangsstück vorgesehen sein. Ganz besonders bevorzugt erfolgt der Querschnittsübergang zwischen der Brennkammer und dem Kesselleerzugteil des Abhitzekessels.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kesselsystems weist der Abhitzekessel zumindest bereichsweise, vorzugsweise über seine gesamte Länge einen runden bzw. im Wesentlichen runden Querschnitt auf. Zweckmäßigerweise ist im Rahmen einer solchen Ausführungsform der Kesselleerzugteil und/oder der Konvektionsteil zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgebildet. Dadurch kann insbesondere einer Verformung der Bauteile durch hohen Innendruck in dem Kesselsystem entgegengewirkt werden.
  • Gemäß bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kesselsystems weist der Abhitzekessel zumindest eine Staubabscheidungseinrichtung auf. Die Staubabscheidungseinrichtung ist vorzugsweise trichterförmig ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Kesselleerzugteil und/oder der Konvektionsteil des Abhitzekessels zumindest eine Staubabscheidungseinrichtung, vorzugsweise eine trichterförmige Staubabscheidungseinrichtung aufweist.
  • Es ist bevorzugt, dass die Wandungen des Abhitzekessels Kühlrohrabschnitte aufweisen und insbesondere zumindest bereichsweise als Membranwand ausgebildet sind. Empfohlenermaßen sind die Wandungen des Kesselleerzugteils mit Kühlrohrabschnitten versehen und sind bevorzugt zumindest bereichsweise, besonders bevorzugt über die gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über die gesamte Länge des Kesselleerzugteils als Membranwand ausgebildet. Bei dem Kesselleerzugteil des Abhitzekessels kann es sich insbesondere um zumindest einen Kesselleerzug handeln. Kesselleerzug meint im Rahmen der Erfindung insbesondere einen Kesselabschnitt bzw. Kesselteil bei dem lediglich die Wandungen Kühlrohrabschnitte aufweisen bzw. als Kühlrohrwand, insbesondere als Membranwand ausgebildet sind und in dessen Innenraum ansonsten vorzugsweise keine weiteren Kühlrohre bzw. im Wesentlichen keine weiteren Kühlrohre angeordnet sind. Grundsätzlich kann ein Kesselleerzug auch vollständig ohne Kühlrohrabschnitte ausgebildet sein.
  • Zweckmäßigerweise sind zumindest zwei solcher Kesselleerzüge für den Kesselleerzugteil vorgesehen. Demgegenüber sind in dem Konvektionsteil des Abhitzekessels, der vorzugsweise zumindest einen Konvektionszug aufweist, insbesondere Konvektionsheizflächen vorgesehen, die im Innenraum des Konvektionsteils bzw. des Konvektionszuges verlaufen und vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung der Abgase bzw. quer zur Längsrichtung des Konvektionsteils angeordnet sind. Bei den Konvektionsheizflächen kann es sich beispielsweise um Kühlrohre bzw. Kühlrohrbündel handeln. Konvektionzug meint somit im Rahmen der Erfindung insbesondere einen Kesselabschnitt bzw. Kesselteil, in dessen Innenraum - vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung der Abgase - Konvektionsheizflächen angeordnet sind. Im Rahmen der Erfindung sind insbesondere zumindest zwei Konvektionszüge als Konvektionsteil des Abhitzekessels vorgesehen.
  • In dem Kesselleerzugteil des Abhitzekessels kann der Wärmeübergang von den Abgasen auf die Kühlrohrabschnitte durch Strahlung erfolgen, wenn die Abgastemperatur entsprechend hoch ist. Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass der Wärmeübergang von den Abgasen auf die Kühlrohrabschnitte der Wandungen in dem Kesselleerzugteil durch Konvektion erfolgt. Im Konvektionsteil des Abhitzekessels, in dem die Temperatur des Abgases bevorzugt geringer ist erfolgt der Wärmeübergang vom Abgas auf die Konvektionsheizflächen bzw. Kühlrohre im Wesentlichen durch Konvektion.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zur Umlenkung des Abgasstromes zwischen zwei Konvektionszügen ein Kesselleerzug bzw. zusätzlicher Kesselleerzug angeordnet, damit die Konvektionszüge jeweils von oben nach unten von dem Abgas durchströmt werden.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Brennkammer überwiegend in Höhenrichtung verläuft. Die in die Brennkammer eintretenden Abgase strömen somit vorzugsweise in der Brennkammer überwiegend in Höhenrichtung. Höhenrichtung meint hier insbesondere vertikal und/oder schräg zum Untergrund des Kesselsystems. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Brennkammer Abschnitte aufweist, deren Längsachse vertikal zum Untergrund angeordnet ist und/oder Abschnitte aufweist, deren Längsachse schräg zum Untergrund angeordnet ist. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass der Abhitzekessel zumindest ein Vertikalkessel ist, dessen Längsachse vertikal bzw. im Wesentlichen vertikal, insbesondere vertikal zum Untergrund des Kesselsystems, angeordnet ist und der vertikal bzw. im Wesentlichen vertikal von dem Abgas durchströmt wird. Vorzugsweise ist der Kesselleerzugteil und/oder der Konvektionsteil des Abhitzekessels zumindest ein Vertikalkessel bzw. ein Vertikalzug. Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung verläuft die Brennkammer überwiegend in Höhenrichtung und der in Strömungsrichtung der Abgase der Brennkammer nachgeschaltete Abhitzekessel ist als Vertikalkessel mit mehreren vertikalen Zügen ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist der Kesselleerzugteil des Abhitzekessels zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei vertikale Kesselleerzüge auf und/oder der Konvektionsteil des Abhitzekessels weist zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei vertikale Konvektionszüge auf. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung sind die vorzugsweise vorgesehenen Staubabscheidungseinrichtungen im unteren Bereich des Kesselleerzugteils und/oder des Konvektionsteils und insbesondere im unteren Bereich der Kesselleerzüge und/oder der Konvektionszüge angeordnet. Unterer Bereich meint in diesem Zusammenhang insbesondere den dem Untergrund zugewandten Bereich des Abhitzekessels. Grundsätzlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, dass der Kesselleerzugteil und/oder der Konvektionsteil als liegende Kessel bzw. liegende Züge ausgebildet sind, deren Längsachse horizontal bzw. im Wesentlichen horizontal angeordnet ist und die in ihrer Längsrichtung horizontal bzw. im Wesentlichen horizontal von dem Abgas durchströmt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kesselleerzugteil des Abhitzekessels als zumindest ein Vertikalkessel bzw. Vertikalzug und der Konvektionsteil des Abhitzekessels als zumindest ein liegender Kessel bzw. Horizontalzug ausgebildet.
  • Gemäß empfohlener Ausführungsform sind die Kühlrohrabschnitte Teil eines Dampferzeugungskreislaufes, der bevorzugt derart eingerichtet ist, dass mit dem Kesselsystem Dampf im Naturumlauf und/oder im Zwangumlauf erzeugt werden kann. Die Kühlrohrabschnitte sind zweckmäßigerweise Bestandteil einer Mehrzahl von Kühlrohren, die vorzugsweise eine Kühlrohrwand, beispielsweise eine Membranwand bilden. Das Kühlmedium wird den Kühlrohrabschnitten bzw. Kühlrohren bevorzugt über zumindest eine Vorlaufleitung zugeführt. Über zumindest eine Rücklaufleitung wird das in dem Kesselsystem, insbesondere in der Brennkammer und/oder dem Abhitzekessel erwärmte Kühlmedium empfohlenermaßen wieder abgeführt. Zweckmäßigerweise weist das Kesselsystem bzw. der Dampferzeugungskreislauf des Kesselsystems zumindest eine Dampftrommel bzw. eine Dampfobertrommel auf. Wenn das Kesselsystem im Naturumlauf betrieben wird, erfolgt die Umwälzung des Kühlmediums bzw. des erzeugten Dampfes insbesondere durch Konvektion. Wenn das Kesselsystem im Zwangumlauf betrieben wird, ist zumindest eine Umwälzpumpe zur Zwangumwälzung des Kühlmediums bzw. des erzeugten Dampfes vorgesehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Kesselsystem derart eingerichtet ist, dass eine Kombination aus Naturumlauf und Zwangumlauf möglich ist. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kesselsystems ist der Dampferzeugungskreislauf so eingerichtet, dass Sattdampf und/oder überhitzter Dampf erzeugt werden kann.
  • Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen - insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen - mit einem vorstehend beschriebenen Kesselsystem, umfassend die folgenden Schritte:
    • Einleitung von Abgasen in die Brennkammer,
    • Vollständige bzw. im Wesentlichen vollständige Verbrennung der Abgase unter Zugabe von Verbrennungsluft in der Brennkammer,
    • Einleitung der Abgase in den Abhitzekessel zur weiteren Abkühlung der Abgase,
    wobei während der Durchströmung der Brennkammer und/oder des Abhitzekessels durch die Abgase durch Wechselwirkung der Abgase mit den Kühlrohrabschnitten Dampf erzeugt wird und wobei der Brennkammer, insbesondere durch die Brennstoffzugabeeinrichtung, Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe zugeführt werden, die vorzugsweise zum Ausgleich von Lastschwankungen in der Brennkammer verbrannt bzw. mitverbrannt werden.
  • Erfindungsgemäß werden der Brennkammer, insbesondere durch die Brennstoffzugabeeinrichtung, Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe zugeführt, die vorzugsweise zum Ausgleich von Lastschwankungen in der Brennkammer verbrannt bzw. mitverbrannt werden.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens strömen die Abgase vorzugsweise aus einem Schmelzofen durch die zumindest eine Einlassöffnung des Kesselsystems in die Brennkammer. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren als Batch-Verfahren durchgeführt, so dass der Schmelzofen mit einer gewissen Menge an Brennstoff, insbesondere Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen, beladen wird und erst nach der Verbrennung der Brennstoffmenge mit neuem Brennstoff beladen wird. In diesem Zusammenhang können gemäß bevorzugter Ausführungsform der Erfindung der Brennkammer Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe zugeführt werden, um insbesondere Lastschwankungen des Schmelzofens auszugleichen. Es liegt aber grundsätzlich auch im Rahmen der Erfindung, dass der Schmelzofen kontinuierlich betrieben wird, indem dem Ofen kontinuierlich neuer Brennstoff zugeführt wird.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines vorstehend beschriebenen Kesselsystems für die Behandlung von Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen. Für die Behandlung der Abgase aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen hat sich das erfindungsgemäße Kesselsystem besonders bewährt.
  • Schließlich betrifft die Erfindung eine Anlage für die Behandlung von Abgasen, insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus der Verbrennung von Elektroschrott mit zumindest einem erfindungsgemäßen Kesselsystem und zumindest einem an das Kesselsystem angeschlossenen Ofen bzw. Schmelzofen.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen Kesselsystem eine effiziente Behandlung von Abgasen - insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen - möglich ist und dass in der erfindungsgemäßen Brennkammer des Kesselsystems die erforderliche bzw. gesetzlich erforderliche Verweilzeit und/oder die Temperatur des Abgases je nach Anforderung gesteuert bzw. geregelt werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Brennstoffzugabeeinrichtung für Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe können Lastschwankungen effektiv und funktionssicher ausgeglichen werden und die erforderliche Temperatur innerhalb der Brennkammer kann sichergestellt bzw. gehalten werden. Die erfindungsgemäß zumindest bereichsweise im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgebildete Brennkammer ermöglicht eine sehr zufriedenstellende Kontrolle der Verbrennungsvorgänge in der Brennkammer, da eine optimale Vermischung der zugegebenen Verbrennungsluft mit den Abgasen erfolgt und Schleichströmungen nahezu gänzlich vermieden werden können. Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Brennkammer gleichzeitig eine effektive Verbrennung, eine effektive Dampferzeugung und eine optimale Kontrolle der Parameter wie Verweilzeit bzw. Verweilzeitverhalten und/oder Temperatur der Abgase in der Brennkammer. Durch den der Brennkammer erfindungsgemäß in Strömungsrichtung der Abgase nachgeschalteten Abhitzekessel, der vorzugsweise einen Kesselleerzugteil und einen Konvektionsteil aufweist, kann eine kontrollierte Abkühlung der Abgase erfolgen, wobei die Wärme der Abgase effizient für eine Dampferzeugung genutzt werden kann. Insoweit zeichnet sich das erfindungsgemäße Kesselsystem und das mit dem Kesselsystem durchgeführte Verfahren zur Behandlung der Abgase sowohl durch einen einfachen und wenig aufwendigen Aufbau, als auch durch hohe Effizienz bei der Kühlung der Abgase und der Dampferzeugung aus.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1:
    Ein erfindungsgemäßes Kesselsystem in einer Übersichtsdarstellung
    Fig.2:
    Eine Ansicht der Brennkammerwand des in Fig. 1 dargestellten Gegenstandes im Schnitt.
  • Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kesselsystem zur Behandlung von Abgasen, insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen. Das Kesselsystem ist vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel an einen Schmelzofen angeschlossen. Das Kesselsystem weist erfindungsgemäß zumindest eine Einlassöffnung 1 und zumindest eine Auslassöffnung 2 für die Abgase auf. Das Kesselsystem umfasst weiterhin zumindest eine Brennkammer 3 und zumindest einen der Brennkammer 3 in Strömungsrichtung der Abgase nachgeschalteten Abhitzekessel 4. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel ist die Einlassöffnung 1 an dem dem Ofen zugewandten bzw. an den Ofen angeschlossenen Ende der Brennkammer 3 angeordnet. Empfohlenermaßen und im Ausführungsbeispiel ist die Auslassöffnung 2 an dem Abhitzekessel 4 bzw. in Strömungsrichtung der Abgase an einem Endabschnitt des Abhitzekessels 4 angeordnet. Die die Brennkammer 3 bildende Brennkammerwand 5 weist erfindungsgemäß Kühlrohrabschnitte 6 auf. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel ist die Brennkammerwand 5 zumindest bereichsweise als Membranwand ausgebildet. Die Kühlrohre der Membranwand sind bevorzugt Teil eines Dampferzeugungskreislaufes zur Erzeugung von Dampf mittels der heißen Abgase.
  • Die Brennkammer 3 ist zumindest bereichsweise, vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge im Querschnitt kreisrund bzw. im Wesentlichen kreisrund ausgebildet. Querschnitt meint hier insbesondere den Querschnitt quer bzw. senkrecht zur Längserstreckung der Brennkammer 3. Die Brennkammer 3 ist empfohlenermaßen und im Ausführungsbeispiel aus mehreren, im Wesentlichen zylinderförmigen und/oder kegelstumpfförmigen Teilabschnitten aufgebaut, bei denen die Brennkammerwand 5 den Zylindermantel bzw. die Mantelfläche des Kegelstumpfes bildet.
  • Die Brennkammer 3 weist erfindungsgemäß zumindest eine Luftzugabeeinrichtung, vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel zumindest eine Luftzugabeöffnung 7 für die Zuführung von Verbrennungsluft in die Brennkammer 3 auf. Erfindungsgemäß und im Ausführungsbeispiel weist die Brennkammer 3 außerdem zumindest eine Brennstoffzugabeeinrichtung für die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen auf. Bei den Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen handelt es sich vorzugsweise um flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzugabeeinrichtung zumindest eine Brennstoffzugabeöffnung 8. Empfohlenermaßen und im Ausführungsbeispiel ist ein kombinierter Luftzugabe- und Brennstoffzugabestutzen 16 an der Brennkammer angeordnet, der als Luftzugabe- und Brennstoffzugabeeinrichtung ausgebildet ist und zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel zumindest eine Öffnung aufweist, die als Luftzugabeöffnung 7 und als Brennstoffzugabeöffnung 8 eingerichtet ist (s. insbesondere Fig. 2). Der kombinierte Stutzen 16 dient somit einerseits als Luftzugabeöffnung 7 zur Einströmung von Verbrennungsluft in die Brennkammer 3 und andererseits als Brennstoffzugabeöffnung 8 für die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen in die Brennkammer 3. Durch die Brennstoffzugabeöffnung 8 bzw. den kombinierten Stutzen 16 kann zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel zumindest eine Zugabelanze in die Brennkammer eingeführt werden, mit der der Brennstoff bzw. Ersatzbrennstoff der Brennkammer 3 zugeführt wird. Durch die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen können insbesondere Lastschwankungen des Ofens ausgeglichen werden und/oder die Temperatur und die Verweilzeit bzw. das Verweilzeitverhalten der Abgase in der Brennkammer können gesteuert bzw. geregelt werden.
  • Im Rahmen der Erfindung und im Ausführungsbeispiel ist in der Brennkammer 3 zumindest ein in den Figuren nicht dargestellter Brenner angeordnet. Empfohlenermaßen sind in der Brennkammer 3 mehrere Brenner vorgesehen. Die Brenner können insbesondere die Verbrennung der Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe unterstützen und/oder zur Temperatursteuerung in der Brennkammer 3 dienen.
  • Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel ist die Innenseite der Brennkammer 3 bzw. der Brennkammerwand 5 zumindest bereichsweise mit einem feuerfesten Material 10 ausgekleidet. Dies ist insbesondere in der Fig. 2 dargestellt. Bei dem feuerfesten Material 10 handelt es sich vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel um eine feuerfeste Stampfmasse.
  • Gemäß empfohlener Ausführungsform und im Ausführungsbeispiel weist die Brennkammer 3 einen Verweilabschnitt 11 auf, der zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 in Strömungsrichtung der Abgase einen Endabschnitt der Brennkammer 3 bildet. Der Verweilabschnitt 11 der Brennkammer 3 verlängert insbesondere die Verweilstrecke der Brennkammer 3, so dass die Verweilzeit des Abgases in der Brennkammer 3 erhöht wird.
  • Eine besonders empfohlene Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abhitzekessel 4 einen Kesselleerzugteil 12 aufweist. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel schließt der Kesselleerzugteil 12, der in der Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist, in Strömungsrichtung der Abgase unmittelbar an die Brennkammer 3 an. Der Kesselleerzugteil 12 umfasst vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zwei Kesselleerzüge 17, die durch eine Trennwand 18 voneinander getrennt sind. Empfohlenermaßen und im Ausführungsbeispiel weist der Abhitzekessel 4 weiterhin zumindest einen Konvektionsteil 13 auf, der in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Der Konvektionsteil 13 schließt empfohlenermaßen und im Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung der Abgase an den Kesselleerzugteil 12 an. Bevorzugt und im Ausführungsbeispiel umfasst der Konvektionsteil 13 zwei Konvektionszüge 19.
  • Im Rahmen der Erfindung und dem Ausführungsbeispiel weisen die Wandungen des Kesselleerzugteils 12 zumindest bereichsweise Kühlrohrabschnitte 6 auf. Zweckmäßigerweise weisen die Kesselleerzüge 17 des Kesselleerzugteils 12 lediglich im Bereich der Wandungen Kühlrohrabschnitte 6 auf und weisen insbesondere in ihrem Innenraum keine weiteren bzw. im Wesentlichen keine weiteren Kühlrohre auf. Empfohlenermaßen sind in den Konvektionszügen 19 des Konvektionsteils 13 Konvektionsheizflächen - vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel Kühlrohrbündel - vorgesehen, die im Innenraum der Konvektionszüge 19, bevorzugt und im Ausführungsbeispiel quer zur Strömungsrichtung der Abgase, verlaufen.
  • Erfindungsgemäß und im Ausführungsbeispiel ist der Abhitzekessel 4 zumindest bereichsweise im Querschnitt eckig, insbesondere rechteckig ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind die Kesselleerzüge 17 des Kesselleerzugteils 12 und die Konvektionszüge 19 des Konvektionsteils 13 des Abhitzekessels 4 zumindest bereichsweise im Querschnitt eckig, insbesondere rechteckig ausgebildet und ganz besonders bevorzugt und im Ausführungsbeispiel über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge im Querschnitt rechteckig ausgebildet. Erfindungsgemäß erfolgt zwischen der Brennkammer 3 und dem Abhitzekessel 4 ein Querschnittsübergang von rund bzw. im Wesentlichen rund nach eckig, insbesondere rechteckig. Bevorzugt und im Ausführungsbeispiel erfolgt dieser Querschnittsübergang von rund nach eckig an dem Übergang zwischen Brennkammer 3 und Kesselleerzugteil 12 des Abhitzekessels 4.
  • Im Rahmen der Erfindung und im Ausführungsbeispiel verläuft die Brennkammer 3 überwiegend in Höhenrichtung. Empfohlenermaßen ist der Abhitzekessel 4 zumindest ein Vertikalkessel, dessen Längsachse im Wesentlichen vertikal angeordnet ist und der vertikal bzw. im Wesentlichen vertikal von dem Abgas durchströmt wird. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Kesselleerzüge 17 des Kesselleerzugteils 12 als Vertikalzüge bzw. Vertikalkessel ausgebildet und die Konvektionszüge 19 des Konvektionsteils 13 sind als Vertikalzüge bzw. Vertikalkessel ausgebildet. Die Kesselleerzüge 17 und die Konvektionszüge 19 werden somit im Ausführungsbeispiel vertikal bzw. im Wesentlichen vertikal von dem Abgas durchströmt.
  • Gemäß bevorzugter Ausführungsform und im Ausführungsbeispiel weist der Abhitzekessel 4 zumindest eine Staubabscheidungseinrichtung 14 auf, die zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel trichterförmig ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren sind trichterförmige Staubabscheidungseinrichtungen 14 an der Unterseite der beiden Konvektionszüge 19 des Konvektionsteils 13 sowie an der Unterseite des Kesselleerzugteils 12 angeordnet.
  • Im Rahmen der Erfindung und im Ausführungsbeispiel sind die Kühlrohrabschnitte 6 Teil eines Dampferzeugungskreislaufes, der bevorzugt derart eingerichtet ist, dass mit dem Kesselsystem Dampf im Naturumlauf und/oder im Zwangumlauf erzeugt werden kann. Dazu weist das Kesselsystem im Ausführungsbeispiel etwa eine Dampftrommel bzw. Dampfobertrommel 20 auf. Der Dampferzeugungskreislauf ist insbesondere so eingerichtet, dass Sattdampf und/oder überhitzter Dampf erzeugt werden kann.
  • Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Kesselsystem zur Behandlung von staubhaltigen, heißen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen eingesetzt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Abgasen - insbesondere staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess und/oder Schredderleichtfraktionen - werden die Abgase aus dem Schmelzofen über die Einlassöffnung 1 in die Brennkammer 3 eingeleitet und dort vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig unter Zugabe von Verbrennungsluft durch die Luftzugabeeinrichtung bzw. die zumindest eine Luftzugabeöffnung 7 verbrannt. Anschließend werden die Abgase in den Abhitzekessel 4 zur weiteren Abkühlung eingeleitet und durchströmen vorzugsweise zunächst den Kesselleerzugteil 12 und dann den Konvektionsteil 13. Nachfolgend verlassen die Abgase das Kesselsystem durch die Auslassöffnung 2, die vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel in einem Endabschnitt des Konvektionsteils 13 angeordnet ist. Während der Durchströmung der Brennkammer 3 und/oder des Abhitzekessels 4 durch die Abgase wird durch Wechselwirkung der Abgase mit den Kühlrohrabschnitten 6 Dampf erzeugt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise durch die Brennstoffzugabeeinrichtung bzw. die zumindest eine Brennstoffzugabeöffnung 8 Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe zugeführt, die zum Ausgleich von Lastschwankungen in der Brennkammer 3 verbrannt bzw. mitverbrannt werden.

Claims (14)

  1. Kesselsystem zur Behandlung von Abgasen, insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen, mit zumindest einer Einlassöffnung (1) und zumindest einer Auslassöffnung (2) für die Abgase, wobei das Kesselsystem zumindest eine Brennkammer (3) und zumindest einen, der Brennkammer (3) in Strömungsrichtung der Abgase nachgeschalteten Abhitzekessel (4) aufweist, wobei die Brennkammerwand (5) Kühlrohrabschnitte (6) aufweist, wobei die Brennkammer (3) zumindest eine Luftzugabeeinrichtung, vorzugsweise zumindest eine Luftzugabgabeöffnung (7), für die Zuführung von Verbrennungsluft in die Brennkammer (3) aufweist, wobei die Brennkammer (3) zumindest bereichsweise, vorzugsweise über ihre gesamte Länge bzw. im Wesentlichen über ihre gesamte Länge im Querschnitt rund bzw. im Wesentlichen rund ausgebildet ist,
    wobei die Brennkammer (3) zumindest eine Brennstoffzugabeeinrichtung, vorzugsweise zumindest eine Brennstoffzugabeöffnung (8), für die Zugabe von Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen, bevorzugt von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen bzw. Ersatzbrennstoffen, aufweist
    und wobei der Abhitzekessel (4) zumindest bereichsweise einen eckigen, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt aufweist und wobei zwischen der Brennkammer (3) und dem Abhitzekessel (4) ein Querschnittsübergang von rund bzw. im Wesentlichen rund nach eckig, insbesondere rechteckig, erfolgt.
  2. Kesselsystem nach Anspruch 1, wobei in der Brennkammer (3) zumindest ein Brenner angeordnet ist.
  3. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Innenseite der Brennkammer (3) bzw. der Brennkammerwand (5) zumindest bereichsweise mit einem feuerfesten Material (10) ausgekleidet ist.
  4. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Brennkammerwand (5) bzw. die Kühlrohrabschnitte (6) der Brennkammerwand (5) zumindest bereichsweise als Membranwand ausgebildet ist.
  5. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennkammer (3) einen Verweilabschnitt (11) aufweist, der vorzugsweise in Strömungsrichtung der Abgase einen Endabschnitt der Brennkammer (3) bildet.
  6. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Abhitzekessel (4) zumindest einen Kesselleerzugteil (12) aufweist.
  7. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abhitzekessel (4) zumindest einen Konvektionsteil (13) aufweist.
  8. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Abhitzekessel (4) zumindest eine Staubabscheidungseinrichtung (14) aufweist, die vorzugsweise trichterförmig ausgebildet ist.
  9. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wandungen (15) des Abhitzekessels (4), insbesondere des Kesselleerzugteils (12), Kühlrohrabschnitte (6) aufweisen und vorzugsweise zumindest bereichsweise als Membranwand ausgebildet sind.
  10. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Brennkammer (3) im Wesentlichen in Höhenrichtung verläuft und/oder wobei der Abhitzekessel (4) zumindest ein Vertikalkessel ist, dessen Längsachse im Wesentlichen vertikal angeordnet ist und der vertikal bzw. im Wesentlichen vertikal von dem Abgas durchströmt wird.
  11. Kesselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kühlrohrabschnitte (6) Teil eines Dampferzeugungskreislaufes sind, der bevorzugt derart eingerichtet ist, dass mit dem Kesselsystem Dampf im Naturumlauf und/oder im Zwangumlauf erzeugt werden kann.
  12. Kesselsystem nach Anspruch 11, wobei der Dampferzeugungskreislauf so eingerichtet ist, dass Sattdampf und/oder überhitzter Dampf erzeugt werden kann.
  13. Verfahren zur Behandlung von Abgasen - insbesondere von staubhaltigen Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen, - mit einem Kesselsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die folgenden Schritte:
    - Einleitung von Abgasen in die Brennkammer (3)
    - vollständige bzw. im Wesentlichen vollständige Verbrennung der Abgase unter Zugabe von Verbrennungsluft in der Brennkammer (3)
    - Einleitung der Abgase in den Abhitzekessel (4) zur weiteren Abkühlung der Abgase,
    wobei während der Durchströmung der Brennkammer (3) und/oder des Abhitzekessels (4) durch die Abgase durch Wechselwirkung der Abgase mit den Kühlrohrabschnitten (6) Dampf erzeugt wird,
    und wobei der Brennkammer (3), insbesondere durch die Brennstoffzugabeeinrichtung, Brennstoffe bzw. Ersatzbrennstoffe zugeführt werden, die vorzugsweise zum Ausgleich von Lastschwankungen in der Brennkammer (3) verbrannt bzw. mitverbrannt werden.
  14. Verwendung eines Kesselsystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 für die Behandlung von Abgasen aus einem Schmelzprozess von Elektroschrott und/oder Schredderleichtfraktionen.
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