DE10213787C1 - Verfahren zum Minimieren der Konzentration an toxischen organischen Schadstoffen in Flugstäuben - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zum Minimieren der Konzentration an toxischen organischen Verbindungen in den Flugstäuben von Verbrennungsanlagen besteht darin, dass bei Feststellung von besonderen Verbrennungsbedingungen, die zur Bildung von organischen Schadstoffen, insbesondere Dioxine/Furane und/oder Precursor-Verbindungen der Dioxine/Furane führen, die in der Verbrennungsanlage anfallenden Flugstäube wieder in den Verbrennungsprozess zur Zerstörung dieser Verbindungen zurückgeführt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Minimierung der Konzentration an toxischen organischen Verbindungen in den Flugstäuben von Verbrennungsanlagen, insbesondere Ab­ fallverbrennungsanlagen, bei denen zumindest ein Teil der in der Verbrennungsanlage anfallenden Flugstäube wieder der Verbrennungsanlage zugeführt wird.

Die toxischen organischen Schadstoffe in den Flugstäuben sind insbesondere Polychlorierte Dibenzodioxine (PCDD), Poly­ chlorierte Dibenzofurane (PCDF), Precursor-Verbindungen, das heißt Vorläuferverbindungen der PCDD und PCDF wie z. B. Mono- und Dichlorbenzol, Polychlorierte Biphenyle (PCB) und weitere in Struktur oder Wirkung vergleichbare Verbindungen. Diese organischen Schadstoffe werden in der Literatur sowie Emissionsgesetzgebung vielfach mit einem international ange­ wendeten Toxizitätsäquivalent in ng pro kg Flugstaub (ng I- TEQ/kg) zusammenfassend beschrieben und quantifiziert. Der I-TEQ bezieht sich hierbei auf eine äquivalente Toxizität der Summe einer Vielzahl von organischen Schadstoffen zum Se­ veso-Dioxin 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzodioxin.

Aus der EP 0 862 019 A1 ist es bekannt, zumindest einen Teil der aus der Verbrennungsanlage kommenden Flugstäube dem Hochtemperaturbereich der Verbrennungsanlage zurückzufüh­ ren, um eine Verglasung und eine Sinterung der Stäube her­ beizuführen, damit die nach diesem Verfahren erhaltenen Pro­ dukte wieder der Rostasche zugegeben oder separat verwertet werden können. Die verbleibende Flugstaubmenge kann da­ durch reduziert werden. Die Flugstäube werden durch Abreini­ gung des Kessels oder durch Abziehen aus den Filteranlagen erhalten und dann, bei Verwendung einer Rostfeuerung, dem Feuerraum der Verbrennungsanlage oberhalb des Brennbettes wieder zugeführt. Dieses Verfahren nimmt keine Rücksicht auf das Vorhandensein von toxischen Verbindungen, wie z. B. Di­ oxinen oder Precursoren.

Aus der DE 33 20 466 C3 ist ebenfalls bekannt, die Flugstäube in den Verbrennungsraum einer Verbrennungsanlage zurück­ zuführen. Hier werden die Flugstäube vor der Rückführung chemisch behandelt mit dem Ziel der Reduzierung der Schad­ stoffe außerhalb des Brennraumes der Verbrennungsanlage. Rückgeführt wird also eine schadstoffarme Fraktion der Flug­ stäube, die dann in einem Hochtemperaturprozess in die Schlacke eingebunden wird.

Aus der DE 36 15 077 C2 ist es bekannt zur Zerstörung orga­ nischer Halogenverbindungen, insbesondere von polychlorier­ ten Dioxinen und polychlorierten Furanen dem Rauchgas feinteilige Metalle zuzusetzen und das heiße, Metallhalogenide enthaltende Gas des Verbrennungsprozesses zur Kühlung in eine Kühlwirbelschicht mit abrupter Abkühlung zuzuleiten. Dieses Verfahren weist den Nachteil eines unökonomischen Wärmehaushaltes auf. Darüber hinaus zeigt der Betrieb von Abfallverbrennungsanlagen, dass die Bildung von PCDD/PCDF stattfindet, obwohl die aufgelisteten Metalle, insbesondere Mn, Fe, Zn, Mg und Al in metallischer, oxydischer und/oder hydroxydrischer Form im Abgas solcher Anlagen vorliegen, da sie mit dem Abfall in dem Verbrennungsprozess eingetragen werden und dort verdampfen oder als Flugstaub ausgetragen werden.

Weiterhin ist es aus der DE 198 41 513 A 1 bekannt, bei einem Verfahren zur Reinigung von Abgasen aus Müll-Verbrennungs­ anlagen Schadstoffe mittels Zeolith-Mischungen aus dem Ab­ gas zu entfernen. Hier wird als Nachteil der zusätzliche Ein­ satz von Zeolithen und die gesonderte Entfernung der mit den Schadstoffen beladenen Zeolithen angesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Rückführung von Flugstäu­ ben in den Verbrennungsprozess so zu steuern, dass ein mög­ lichst großer Anteil an Precursoren oder anderen organischen Schadstoffen zerstört und somit die Menge an toxischen orga­ nischen Verbindungen, die die Verbrennungsanlage mit den Flugstäuben verlassen, minimiert wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der ein­ gangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rückführung von Flugstäuben in Abhängigkeit von im Ab­ gas festgestellten Messgrößen erfolgt, die ein Maß für die Toxi­ zität und die Menge an toxischen organischen Schadstoffen darstellen, die von dem Verbrennungsprozess beeinflusst wer­ den.

Gemäß dieser Verfahrensweise werden immer dann gezielt Flugstäube abgezogen, wenn aufgrund besonderer Verbren­ nungsbedingungen die möglichst zu minimierenden Precurso­ ren oder andere toxische organische Schadstoffe verstärkt vor­ handen sind. Dies ist deshalb besonders wichtig, weil Precur­ sor-Verbindungen auf den Berührungsheizflächen des dem Verbrennungsprozess nachgeschalteten Dampferzeugers, die eine bestimmte Temperatur, beispielsweise von 200 bis 400°C aufweisen, kleben bleiben und insbesondere bei Anwesenheit von Kupfer, Ruß und Chlor zu Dioxinen/Furanen umgewandelt werden. Die Umwandlungsreaktion kann je nach den vorherr­ schenden Temperaturbedingungen und der Konzentration der als Katalysatoren und Reaktionspartner wirkenden Stoffe Kupfer, Chlor und Ruß innerhalb einiger Minuten bis hin zu wenigen Stunden erfolgen.

In besonders einfacher Weise kann als Messgrößen die Kon­ zentration an Kohlenstoffmonoxid oder Sauerstoff im Abgas, der Luftüberschuss der Verbrennung oder die Temperatur im Verbrennungsraum dienen.

Bei modernen Abfallverbrennungsanlagen beträgt die Konzent­ ration an Kohlenstoffmonoxid im Normalbetrieb der Verbren­ nung ca. 5 bis 20 mg/m³, während ein CO-Gehalt von 100 mg/m³ darüber als besondere Verbrennungsbedingung an­ zusehen wäre und ein Eingreifen im Sinne der Erfindung aus­ lösen würde.

Weiterhin ist es vorteilhaft, den Sauerstoffgehalt in den Abga­ sen als eine der Messgrößen heranzuziehen, und zwar insbe­ sondere dann, wenn bei Abfallverbrennungsanlagen der Sauer­ stoffgehalt unter 5 Vol.-% O₂ oder bei der Messung des Luft­ überschusses der Luftüberschussfaktor der Verbrennung unter λ = 1,4 fällt. Ebenso kann als eine der Messgrößen die Tempe­ ratur im Brennraum der Verbrennungsanlage herangezogen werden, wenn diese unter 800°C gemessen in ca. 6 bis 10 Me­ ter Höhe oberhalb der Hauptverbrennungszone fällt.

In vorteilhafter Weise kann in Weiterbildung der Erfindung die Rückführung der Flugstäube in Abhängigkeit von im Abgas der Verbrennungsanlage festgestellten organischen Schadstoffen, insbesondere PCDD/PCDF und deren Precursoren, erfolgen.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Feststellung der Messgrößen durch eine Online-Analyse im Abgas.

Insbesondere erfolgt die Rückführung der Flugstäube in Ab­ hängigkeit eines vorgegebenen I-TEQ-Grenzwertes. Dabei könnte der Schwellenwert, der die besonderen Verbrennungs­ bedingungen definiert, zwischen 0,1 bis 5 ng I-TEQ/m³ Abgas gewählt werden.

Diese Messung wird bevorzugt sowohl gasförmige als auch partikelgebundene organische Schadstoffe umfassen und am Kesselende bzw. vor der Abgasreinigung im Rohgas stattfinden. Hierzu sind beispielsweise in der Literatur beschriebene Ana­ lysemethoden wie die Resonance Enhanced Multiple Photon Ionization and Time of Flight Mass Spectrometry (REMPI- TOFMS) geeignet, die eine direkte Online Analyse von z. B. Monchlorbenzol ermöglichen. Dabei zeigen Erfahrungswerte, daß Monochlorbenzol sehr gut zum I-TEQ im Abgas korreliert. Ein solches Online Messgerät kann deshalb auch TEQ-Sensor genannt werden. Erfindungsgemäß können jedoch auch Senso­ ren für andere Moleküle oder Stoffgruppen eingesetzt werden, wenn das Signal dieser Sensoren charakteristisch mit dem Ge­ halt toxischer organischer Schadstoffe im Abgas korreliert.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Rück­ führung der Flugstäube während einer festlegbaren Zeitspanne nach der Feststellung der besonderen Verbrennungsbedingun­ gen. Hier spielen insbesondere Erfahrungswerte eine Rolle.

Vorzugsweise erfolgt die Rückführung der Flugstäube während einer Zeitspanne von 10 Minuten bis 6 Stunden nach der Fest­ stellung der besonderen Verbrennungsbedingungen. Die Rückführungsdauer für die Flugstäube kann auch in Abhän­ gigkeit von der Höhe der gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 ge­ messenen Messgrößen festgelegt werden.

Wenn zur Bestimmung der besonderen Verbrennungsbedin­ gungen Analysegeräte eingesetzt werden, die eine rasche Er­ mittlung des Messwertes ermöglichen (wie dies bei den vorste­ hend genannten Messtechniken und Messgrößen der Fall ist), dann ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmä­ ßig, die Rückführungsdauer für die Flugstäube in Abhängig­ keit von der Höhe des gemessenen Wertes festzulegen. Eine deutliche Überschreitung des vorgegebenen Schwellenwertes würde demgemäß eine längere Rückführungszeit bedingen als eine geringe Überschreitung.

Um eine sichere Vernichtung der toxischen, organischen Ver­ bindungen oder der Precursoren zu erreichen, ist es in Weiter­ bildung der Erfindung vorteilhaft, wenn die Flugstäube in den Haupttemperaturbereich der Verbrennungsanlage zurückge­ führt werden.

Bei Verwendung einer Rostfeuerung als Verbrennungsanlage kann in vorteilhafter Weise die Rückführung der Flugstäube auf das Brennbett der Hauptbrennzone erfolgen.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Rückfüh­ rung der Flugstäube nach Feststellung der besonderen Verbrennungsbedingungen oder während oder nach einer Kes­ selreinigung folgt, so wird die weiter oben erwähnte nachteilige Folge vermieden, dass die Flugstäube während dieser Be­ triebsperiode auf den Kesselrohren kleben bleiben und dort die in den Flugstäuben enthaltenen Precursoren zu Dioxinen rea­ gieren können. Der Rückführung unterliegen nicht nur die ge­ wonnenen Flugstäube, sondern auch die gewonnenen Staub­ konglomerate.

Die Kesselreinigung erfolgt durch Klopfen, Bürsten oder Ruß­ blasen.

Es empfiehlt sich, dass gemeinsam mit den gemäß den An­ sprüchen 13 bis 15 erhaltenen Flugstäuben, diejenigen Flug­ stäube rückgeführt werden, die in einer dem Dampferzeuger nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage anfallen. Diese Maß­ nahme erfolgt dann, wenn besondere Verbrennungsbedingun­ gen festgestellt werden.

Die Rückführung der in den dem Dampferzeuger nachgeschal­ teten Filteranlagen gewonnenen Flugstäube kann zusätzlich in erfindungsgemäßer Weise erfolgen, wenn besondere Verbren­ nungsbedingungen festgestellt werden.

Selbstverständlich wird der Betreiber einer Verbrennungsan­ lage immer zusätzlich bemüht sein, die besonderen Verbren­ nungsbedingungen durch geeignete Maßnahmen schnellstmög­ lich wieder zu beheben, falls dies nicht automatisch z. B. durch die Verbrennungsregelung erfolgt.

Für den Fall, dass keine Störungen des Verbrennungsablaufs und somit auch keine besonderen Verbrennungsbedingungen feststellbar sind, wird die Kesselreinigung im normalen Zyklus vorgenommen. Dabei wird häufig ein Zeitabstand zwischen zwei Reinigungsphasen von etwa 4 Stunden angesetzt. Die dann anfallenden Flugstäube werden in den normalen Entsor­ gungsweg weitergeleitet.

Das aufgezeigte Flußdiagramm dient zur beispielsweisen zusammenfassenden Erläuterung der erfindungsgemäßen Maß­ nahme.

Wie aus diesem Flußdiagramm ersichtlich, wird zunächst eine Online-Rohgas-Messung z. B. eines toxischen organischen Schadstoffs, von CO oder einer repräsentativen Temperatur im Abgas der Verbrennung durchgeführt. Werden dabei besondere Verbrennungsbedingungen durch eine erhöhte Konzentration an organischen Schadstoffen, CO oder eine starke Abweichung der Temperatur vom Sollwert festgestellt, so wird ab einer vorher festgelegten Überschreitung oder Abweichung eine Kesselreinigung mittels Klopfen, Bürsten oder Rußblasen durchgeführt und die dabei erhaltenen Flugstäube bzw. Flugaschen in die Verbrennungsanlage zurückgeführt. Wird dagegen keine Störung festgestellt, d. h. es liegen keine besonderen Verbrennungsbedingungen vor, so erfolgt die übliche Kesselreinigung in normalen Zeitabständen. Die dabei erhaltene Flugasche wird zur Entsorgung aus dem Prozess ausgeschleust.

Claims (15)

1. Verfahren zur Minimierung der Konzentration an toxischen organischen Verbindungen in den Flugstäuben von Verbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanla­ gen, bei denen zumindest ein Teil der in der Verbrennungsan­ lage anfallenden Flugstäube wieder der Verbrennungsanlage zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfüh­ rung von Flugstäuben in Abhängigkeit von im Abgas festge­ stellten Messgrößen erfolgt, die ein Maß für die Toxizität und die Menge an toxischen organischen Schadstoffen darstellen, die von dem Verbrennungsprozess beeinflusst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass als Messgrößen Konzentration an Kohlenstoffmono­ xid oder Sauerstoff im Abgas, der Luftüberschuss der Verbren­ nung oder die Temperatur im Verbrennungsraum dienen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Rückführung der Flugstäube in Abhängigkeit von im Abgas der Verbrennungsanlage festgestellten organischen Schadstoffe, insbesondere PCDD/PCDF und deren Precursoren erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Feststellung der Messgrößen durch ein Online-Analyse im Abgas erfolgt.

S. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Rückführung der Flugstäube in Abhängigkeit ei­ nes vorgegebenen I-TEQ-Grenzwertes erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass der I-TEQ-Grenzwert zwischen 0,1 bis 5 ng I-TEQ/m³ Abgas gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, dass die Rückführung der Flugstäube während einer festlegbaren Zeitspanne nach der Feststellung der besonderen Verbrennungsbedingungen erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Rückführung der Flugstäube während einer Zeit­ spanne von 10 Minuten bis 6 Stunden nach der Feststellung der besonderen Verbrennungsbedingungen erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, dass die Rückführungsdauer für die Flugstäube in Abhängigkeit von der Höhe der gemäß den An­ sprüchen 2 bis 4 gemessenen Messgrößen festgelegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass die Flugstäube in den Haupttem­ peraturbereich der Verbrennungsanlage zurückgeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Rostfeuerung als Verbrennungsanlage die Rückführung der Flugstäube auf das Brennbett der Hauptbrennzone erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, dass die Rückführung der Flugstäube nach Feststellung der besonderen Verbrennungsbedingungen erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, dass die Rückführung der Flugstäube während oder nach einer Kesselreinigung erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesselreinigung durch Klopfen, Bürsten oder Rußblasen erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, dass - gemeinsam mit den gemäß An­ sprüchen 13 bis 15 erhaltenen Flugstäuben - diejenigen Flug­ stäube rückgeführt werden, die in einer dem Dampferzeuger nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage anfallen.