DE102009035714A1

DE102009035714A1 - Verfahren zum Entfernen von Schadstoff aus Rauchgas sowie Verbrennungsanlage

Info

Publication number: DE102009035714A1
Application number: DE200910035714
Authority: DE
Inventors: Günter Hermann Heinrich Timmer
Original assignee: BREWA WTE GmbH
Current assignee: BREWA WTE GmbH
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoff aus Rauchgas in einer Verbrennungsanlage, insbesondere Müllverbrennungsanlage, in dem ein Reaktionsmittel in den Rauchgasstrom (13) eingebracht wird, welches mit dem zu entfernenden Schadstoff reagiert, sowie eine Verbrennungsanlage. Durch die Erfindung soll Schadstoff in einem möglichst frühen Stadium innerhalb der Verbrennungsanlage wirksam aus dem Rauchgas entfernt bzw. neutralisiert und so Korrosion vermieden werden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass das Reaktionsmittel bei einer Rauchgastemperatur von 250°C bis 800°C in den Rauchgasstrom eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoff aus Rauchgas in einer Verbrennungsanlage, insbesondere Müllverbrennungsanlage, in dem ein Reaktionsmittel in den Rauchgasstrom eingebracht wird, welches mit dem zu entfernenden Schadstoff reagiert. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungsanlage, insbesondere Müllverbrennungsanlage, mit einem Kessel, in dem Brennstoff, insbesondere Müll, verbrannt wird, und mit einer Einrichtung zum Einbringen von Reaktionsmittel in den Rauchgasstrom, um Schadstoff aus dem Rauchgas zu entfernen.
Derartige Verfahren und derartige Verbrennungsanlagen sind beispielsweise aus der DE 35 26 008 A1 oder der DE 39 04 500 A1 bekannt.
Die Erfindung befasst sich ganz allgemein mit der Verbrennung beliebiger Stoffe, beispielsweise der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist aber die Müllverbrennung, um aus dem Müll Energie zu gewinnen, so genannte WTE-Verfahren (WTE = Waste to energy)
Bei nahezu allen Verbrennungsprozessen entstehen Schadstoffe in mehr oder weniger hoher Konzentration. Selbst bei der Verbrennung von vergleichsweise sauberen Energieträgern, wie beispielsweise Erdgas, schwefelarmes Erdöl oder schwefelarmer Kohle oder Koks entstehen Schwefeloxyde und Stickoxyde, welche mit feuchten Bestandteilen im Abgasstrom Säuren bilden. Diese Säuren greifen Oberflächen in der stromabwärts gelegenen Abgasführung, wie insbesondere Wärmetauschern, in denen das heiße Abgas genutzt wird, um beispielsweise Wasser zu verdampfen und beispielsweise zum Betrieb von Dampfturbinen oder zu ähnlichen Zwecken zu nutzen. Diese Oberflächen von Wärmetauschern korrodieren, so dass sie regelmäßig aufwendig gewartet oder gar ausgetauscht werden müssen.
Darüber hinaus entstehen insbesondere bei der Müllverbrennung und insbesondere dann, wenn es sich bei dem Müll nicht nur um den üblichen Hausmüll handelt, Dioxine und Furane.
Es ist bekannt, dass Rauchgas aus Verbrennungsanlagen einer Rauchgasreinigung zum Entfernen von Schadstoffen unterzogen wird. Dieses geschieht in der Praxis meist in gesonderten Rauchgasreinigungsanlagen, welche sogar dem Wärmetauscher nachgelagert sind. Grund hierfür ist, dass bei einigen bekannten Rauchgasreinigungsverfahren eine bestimmte kritische Rauchgastemperatur nicht überschritten werden darf, also das Rauchgas bereits hinreichend abgekühlt sein muss. Ein Beispiel hierfür ist in der DE 32 35 559 A1 offenbart. Bei dem in dieser Schrift offenbarten Verfahren wird zum trockenen Entfernen von Schwefeloxiden Calciumoxyd, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat enthaltendes Sorbtionsmittel in einer zirkulierenden Wirbelschicht in einer eigentlichen Verbrennungsanlage und einer nach geschalteten gesonderten Reinigungsanlage verwendet. Ebenso offenbart die DE 43 03 450 C2 staubiges, Aktivkoks enthaltende Mittel zum Reinigen des Rauchgases einzusetzen, welches zum Neutralisieren saurer Schadstoffe im Rauchgas mit Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid versetzt ist. Auch dieses geschieht in einer gesonderten, der eigentlichen Verbrennungsanlage nachfolgenden Reinigungsstufe. Aus der EP 0 220 075 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem störende Bestandteile aus Rauchgas oxidiert und so verflüchtigt oder leichter absorbierbar gemacht werden. Dieses geschieht wiederum in einer nachfolgenden, gesonderten Reinigungsstufe.
Nachteilig bei all diesen Verfahren ist, dass das Rauchgas erst nach Verlassen der eigentlichen Verbrennungsanlage kurz bevor es in die Umwelt freigesetzt wird, gereinigt wird. Vorgelagerte, im Abgasstrom liegende Anlagenanteile der Verbrennungsanlage, wie beispielsweise Wärmetauscher und sonstige Züge sind dem ungereinigten Rauchgas ausgesetzt. Insbesondere verbleiben saure, damit korrodierende Bestandteile im Rauchgas.
Aus der DE 10 2007 056 580 B3 ist es bekannt, Schwefelverbindungen in das Rauchgas zuzugeben, nachdem es die Abgasausbrandzone im Kessel verlassen hat. Die Zugabe erfolgt jedoch noch vor der Weiterleitung des Rauchgases zum beispielsweise Wärmetauscher. Durch die Zugabe von Schwefelverbindungen sollen Alkalichloride, Alkalicarbonate, Alkalioxide und/oder Alkalihydroxide in Sulfate umgewandelt und damit nachfolgende Anlagenbestandteile, wie beispielsweise der Wärmetauscher, vor Korrosionen geschützt werden. Schwefeloxide im Abgas können mit diesem Verfahren nicht abgebaut werden. Vielmehr wird sogar der besonders kritische Schwefelgehalt im Abgas noch erhöht.
Aus der DE 35 26 008 A1 ist es bekannt, Calciumoxid oder Calciumhydroxid in fester Form oder in Form von wässrigen Lösungen zum Reinigen des Rauchgases zu verwenden. Ein Teil dieses Reaktionsmittels kann dem heißen Rauchgas innerhalb des Abhitzekesselbereichs zugeführt werden.
Aus der DE 39 04 500 A1 ist es bekannt, Kalk-Additive zur Reduzierung saurer Abgase ebenso wie Erdalkali-Metalloxyde einzusetzen. Vorher wird auch vorgeschlagen, diese Reaktionsmittel über eine Zellradschleuse oder Injektoren wie durch Einblasen in den Feuerraum zu dosieren. Dieses kann auch zusammen mit der Sekundärluft erfolgen.
Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass zum Entfernen von Schadstoffen Erdalkaliverbindungen verwendet werden. Sie sind zwar preiswert, weisen aber hinsichtlich ihrer Reaktivität Nachteile auf und bilden große Aschemengen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoff aus Rauchgas sowie eine Verbrennungsanlage vorzuschlagen, wobei der Schadstoff in einem möglichst frühen Stadium innerhalb der Verbrennungsanlage wirksam aus dem Rauchgas entfernt bzw. neutralisiert und so Korrosion vermieden wird.
Zur Lösung dieses Problems ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmittel bei einer Rauchgastemperatur von 250°C bis 800°C in den Rauchgasstrom eingebracht wird. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einbringen von Reaktionsmitteln im Kessel oder nachgeordneten Wärmetauschern angeordnet ist, nämlich in einem Bereich des Kessels, in dem die Rauchgastemperatur 250°C bis 800°C beträgt.
Der Bereich des Kessels, in dem die Rauchgastemperatur 250°C bis 800°C beträgt, ist bereits unmittelbar hinter der eigentlichen Verbrennungszone im Kessel, nämlich dort, wo das Rauchgas gerade ausgebrannt ist. Dieser Temperaturbereich ermöglicht es, die nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehenen Alkaliverbindungen als Reaktionsmittel einzusetzen. Außerhalb dieses Temperaturbereichs neigen Alkaliverbindungen nämlich zum Verklumpen. Alkaliverbindungen haben gegenüber Erdalkaliverbindungen den Vorteil sehr viel reaktiver zu sein. Hierdurch ergibt sich eine rasche Reaktion auch bei extrem sauren Spitzen im Rauchgas. Darüber hinaus kann die Verbrennungsanlage auch weit über dem Taupunkt sicher gefahren werden. Die Gefahr eines Anbackens von Trockenkalk in der Anlage lässt sich weitestgehend vermeiden und anfallende Reststoffe sind nicht hygroskopisch und lassen sich dadurch leichter handhaben. Ferner bilden die aus Alkaliverbindungen entstandenen Reaktionsmittel weniger Asche als Erdalkaliverbindungen. Aus diesen Gründen ist die Verwendung von Alkaliverbindungen gegenüber der Verwendung von Erdalkaliverbindungen bevorzugt, obwohl sie teurer sind als Erdalkaliverbindungen.
Als Alkaliverbindungen werden vorzugsweise Alkalioxide oder Alkalihydroxide oder Alkalicarbonate oder Mischungen dieser Stoffe eingesetzt. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃), auch als Natriumbicarbonat, Bicarbonat, Backsoda, Bullrich-Salz oder doppelt kohlensaures Natron bezeichnet, Kaliumhydrogencarbonat (KHCO₃), auch als Kaliumbicarbonat bezeichnet, Natriumcarbonat (Na₂CO₃), auch als Soda, kalziniertes Soda oder einfach kohlensaures Natron bezeichnet, oder Kaliumcarbonat (K₂CO₃), auch als Pottasche oder kohlensaures Kalium bezeichnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, Mischungen dieser Stoffe in einem beliebigen Mischungsverhältnis einzusetzen. Das Reaktionsmittel lässt sich dabei trocken, beispielsweise mittels Druckluft oder nass beispielsweise als wässrige Suspension, in den Rauchgasstrom einbringen.
Weitere Merkmale der Verbrennungsanlage beziehen sich auf die genauere Positionierung der Einrichtung zum Einbringen des Reaktionsmittels.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 Eine schematische Darstellung einer Verbrennungsanlage mit den Erfindungsmerkmalen im Vertikalschnitt.
1 zeigt eine Verbrennungsanlage, wie sie zum Verbrennen fester Brennstoffe, beispielsweise Müll, eingesetzt wird. Dabei wird der feste Brennstoff in einer Brennkammer 10 auf einem abgestuften Rost 11 verbrannt. In der Darstellung gemäß 1 wird der feste Brennstoff von links zugeführt und auf dem Rost 11 stufenweise nach unten rechts während seiner Verbrennung weiter transportiert. Dabei wird in mehreren Stufen die für die Verbrennung benötigte Luft zugeführt, so dass eine vollständige schadstoffarme Verbrennung gegeben ist. Bei 12 ist der beste Brennstoff dann vollständig ausgebrannt und die Schlackereste werden ausgetragen.
Das bei der Verbrennung entstehende heiße Rauchgas, welches hier als punktierter Pfeil 13 dargestellt ist, steigt nach oben in den Abhitzkessel 14 auf. Dieser Abhitzkessel 14 weist zunächst einen aufsteigenden Feuerraum 15 auf, in welchem das Rauchgas 13 ausbrennt.
Vom Feuerraum 15 gelangt das Rauchgas 13 in einen noch zum Abhitzkessel 14 gehörenden zweiten Zug 16. Der Brennraum 10 bildet mit dem Abhitzkessel 14 und seinem Feuerraum 15 und dem zweiten Zug 16 und dem dritten Zug 17 sowie dem Konvektionsteil 17 und 19 den Abhitzkessel der Verbrennungsanlage. Vom zweiten Zug 16 gelangt das Rauchgas 13 in einen Überhitzer 17. Der Überhitzer 17 ist vorliegend in einem vertikalen, dritten Zug untergebracht und als strichniert angedeutete Rohrschlangen 18 abgebildet sind. Dem Überhitzer 17 nachgelagert ist ein im vorliegenden Fall horizontaler Teil des Abhitzkessels angeordnet, welcher den Vorwärmer 19 bildet, der wiederum von dem Rauchgas 13 umströmt wird. Die Rohrschlangen 20 des horizontalen Kesselteils 19 werden beispielsweise mit Wasser durchströmt, welches in diesem Bereich vorgewärmt oder gar verdampft wird. Der überhitzte Dampf kann beispielsweise zum Betrieb einer Dampfturbine verwendet werden. Sowohl im zweiten Zug 16 und im dritten Zug 17 und dem horizontalen Kesselzug 19 sind korrosionssensitive Oberflächen vorhanden. Dieses gilt insbesondere auch für die Rohrschlangen 18 und 20. Diese werden erfindungsgemäß dadurch vor Korrosionen geschützt, indem Schadstoffe, insbesondere korrosive Schadstoffe, wie beispielsweise saure Rauchgasbestandteile aus dem Rauchgasstrom zu einem frühst möglichen Zeitpunkt entfernt bzw. neutralisiert werden. Als saure Bestandteile sind hiermit im Wesentlichen Salzsäure, Schwefeloxide und Stickoxide zu nennen. Dieses geschieht durch Einbringen eines Reaktionsmittels in den Rauchgasstrom 13. Konkret wird Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat verwendet. Dieses wird in einem Bereich in den Rauchgasstrom 13 eingebracht, in dem die Rauchgastemperatur zwischen 250°C und 800°C, insbesondere 400°C bis 800°C beträgt. Mögliche Stellen zum Einbringen dieses Reaktionsmittels sind durch Pfeile 21 dargestellt. Frühst mögliche Stelle zum Einbringen des Reaktionsmittels ist bei 21a unmittelbar oberhalb der Brennkammer 10, falls das Rauchgas hier bereits eine Temperatur von 800°C erreicht oder unterschritten hat. Im Übrigen kann das Reaktionsmittel auch bei 21b etwa in halber Höhe des Feuerraums 15 oder bei 21c am oberen Ende des Feuerraums 15 eingebracht werden. Besonders bevorzugt ist aber eine Einbringung des Reaktionsmittels im Bereich der Decke 22 des Feuerraums 14 bei 21d unmittelbar oberhalb des Feuerraums 15 oder bei 21e unmittelbar oberhalb des zweiten Zuges 16. Sollte das Rauchgas hier noch nicht ausreichend abgekühlt sein, kann das Reaktionsmittel auch bei 21f im Übergang vom zweiten Zug 16 zum dritten Zug 17 eingebracht werden. In diesem Fall wird immer noch wenigstens der Überhitzer 17 und nachfolgende Anlagenteile wie beispielsweise der Vorwärmer 19 vor Korrosionen geschützt. Sollte auch dies aufgrund der Rauchgastemperatur immer noch nicht reichen, kann gegebenenfalls auch das Reaktionsmittel bei 21g zwischen dem Überhitzer 17 und dem Vorwärmer 19 eingebracht werden, so dass wenigstens noch der Vorwärmer 19 vor Korrosionen geschützt wird.
Selbstverständlich wird die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass das Reaktionsmittel nur an einer der Stellen 21a bis 21g in den Rauchgasstrom 13 eingebracht wird. Vielmehr ist es auch möglich, das Reaktionsmittel bei Bedarf an zwei oder mehr der Stellen 21a bis 21g einzubringen, um Schadstoffe, wie beispielsweise saure Rauchgasbestanteile vollständig oder zumindest ausreichend aus dem Rauchgasstrom 13 zu entfernen. Dabei können je nach Bedarf auch unterschiedliche Reaktionsmittel an unterschiedlichen Stellen 21a bis 21g eingesetzt werden. Diese können dann auch entsprechend der jeweiligen vorhandenen Rauchgastemperatur optimiert ausgewählt werden.
Das Reaktionsmittel wird in fester Form als Pulver oder Granulat in den Rauchgasstrom 13 eingebracht. Am Besten wird es mittels Druckluft eingeblasen. Alternativ kann es auch als wässrige Lösung eingedüst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich so besonders günstig zum Vermeiden von Korrosion in Anlagenteilen von Verbrennungsanlagen, insbesondere dem Abhitzkessel 14 oder nachfolgenden Wärmetauschern, wie dem Überhitzer 17 oder dem Vorwärmer 19.
Bezugszeichenliste

10: Brennkammer
11: Rostfeuerung
12: Schlackeabfuhr
13: Rauchgasstrom
14: Abhitzekessel
15: Feuerraum
16: Zweiter Kesselzug
17: Dritter Kesselzug
18: Rohrschlange (Überhitzer oder Verdampferrohre)
19: Vorwärmer
20: Rohrschlange
21: Pfeil (Einbringung des Reaktionsmittels)
22: Decke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3526008 A1 [0002, 0009]
- DE 3904500 A1 [0002, 0010]
- DE 3235559 A1 [0006]
- DE 4303450 C2 [0006]
- EP 0220075 B1 [0006]
- DE 102007056580 B3 [0008]

Claims

Verfahren zum Entfernen von Schadstoff aus Rauchgas in einer Verbrennungsanlage, insbesondere Müllverbrennungsanlage, in dem ein Reaktionsmittel in den Rauchgasstrom (13) eingebracht wird, welches mit dem zu entfernenden Schadstoff reagiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmittel bei einer Rauchgastemperatur von 250°C bis 800°C in den Rauchgasstrom eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmittel eine Alkaliverbindung, insbesondere Alkali-Oxid oder Alkali-Hydroxid oder Alkali-Carbonat oder Alkali-Hydrogencarbonat oder eine Mischung dieser Stoffe, ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmittel Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃), Kaliumhydrogencarbonat (KHCO₃), Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃) oder eine Mischung dieser Stoffe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmittel trocken, insbesondere mittels Lufteindüsung, oder nass, insbesondere als wässrige Lösung, eingebracht wird.
Verbrennungsanlage, insbesondere Müllverbrennungsanlage, mit einem Kessel, in dem Brennstoff, insbesondere Müll, verbrannt wird, und mit einer Einrichtung (21) zum Einbringen von Reaktionsmittel in den Rauchgasstrom (13), um Schadstoff aus dem Rauchgas (13) zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung im Kessel (14) und/oder unmittelbar nachgeordneten Anlagenteilen (17, 19) angeordnet ist, nämlich in einem Bereich, in dem die Rauchgastemperatur 250°C bis 800°C beträgt.
Verbrennungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (21) in einem Abhitzekessel (14), insbesondere in einem Feuerraum (15) und/oder einem dem Feuerraum (15) nachgelagerten zweiten Kesselzug (16) und/oder dritten Kesselzug (17) und/oder horizontalen Kesselzug (19) angeordnet ist.
Verbrennungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (21) im Bereich der Decke (22) des Abhitzekessels (14) angeordnet ist.
Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (21) am Übergang zwischen dem Abhitzekessel (14) und einem unmittelbar nachgelagerten Wärmetauscher (17) angeordnet ist.