DE19508807A1 - Verfahren und Anlage zur Verbrennung von Abgasen - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Verbrennung von AbgasenInfo
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Description
Bei der heutigen Entsorgung von beispielsweise in kommunalen Kläranlagen
anfallenden Klärschlämmen werden neben der thermischen Verbrennung, die eine
kosten intensive und aufwendige Abgasbehandlung benötigt, zur Oxidation der
organischen Inhaltsstoffe die sogenannten Naßoxidationsverfahren eingesetzt, die im
unterkritischen und überkritischen Bereich betrieben werden können. Die
naßoxidierten Klärschlämme enthalten neben festen und flüssigen auch gasförmige
Anteile, die abgetrennt und weiterbehandelt werden müssen, um umweltschädliche
Bestandteile zu entfernen oder in unschädliche umzuwandeln, bevor das gereinigte
Abgas unter Einhaltung der gesetzlich festgelegten Grenzwerte an die Umwelt
abgegeben werden kann. Oft sind es dabei Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid
CO, die aus dem Abgas entfernt werden müssen. Der Betreiber einer
Entsorgungsanlage hat zu gewährleisten, daß die Schadstoffkonzentrationen in den
abgeführten gereinigten Abgasen (Reingasen) jederzeit unterhalb der zulässigen
Grenzwerte liegen. Bei den Schadstoffen in den Abgasen der Klärschlammentsorgung
z. B. mittels Naßoxidation handelt es sich im wesentlichen um Kohlenmonoxid CO und
Kohlenwasserstoffe.
Ein bekanntes Verfahren zur Beseitigung der umweltschädlichen Bestandteile der
Abgase ist die thermische Verbrennung. Dabei werden die Abgase unter Zugabe von
Verbrennungsluft in einer dafür vorgesehenen Brennkammer verbrannt. Die zur
Verbrennung der organischen Verbindungen und des Kohlenmonoxids erforderliche
Temperatur von ca. 800°C wird üblicherweise durch das Verbrennen eines
zusätzlichen Brennstoffs, beispielsweise Erdgas, erzeugt, da der Heizwert der Abgase
in der Regel nicht ausreicht, um eine selbsttätige thermische Verbrennung zu
gewährleisten.
Nachteilig bei der thermischen Verbrennung ist die für ein vollständiges Ausbrennen
der Abgase erforderliche hohe Verbrennungstemperatur in der Brennkammer, die
durch den Einsatz eines Zusatzbrennstoffs aufrechterhalten werden muß, was
wiederum mit einem hohen Energieverbrauch und entsprechenden Kosten verbunden
ist. Vorteilhaft ist allerdings, daß betriebliche Schwankungen des Abgasheizwertes
durch die Regelung der Brennstoffzufuhr nahezu ohne Zeitverzögerung kompensiert
werden können.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Oxidation der umweltschädlichen
Abgasinhaltsstoffe ist die katalytische Verbrennung. Hierzu durchströmt das zu
behandelnde Abgas einen auf eine Temperatur zwischen 350°C und 450°C erhitzten
Katalysator mit großer spezifischer Oberfläche. Die Schadstoffe verbrennen dabei
unter Abgabe von Wärme an der Oberfläche des Katalysators, der die Oxidation in
Gang setzt, ohne selbst an ihr teilzunehmen. Der Einsatz des Katalysators bedingt
eine Herabsetzung der für die Reaktion erforderlichen Aktivierungsenergie. Die Folge
ist ein um fast die Hälfte niedrigere Reaktionstemperatur als bei der thermischen
Verbrennung. Zur Erzeugung und/oder Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur
des Katalysators ist auch bei der katalytischen Verbrennung zumindest zeitweilig eine
zusätzliche Heizung erforderlich, beispielsweise in der Anfahrphase oder bei zu
geringem Heizwert der zu verbrennenden Abgase, was üblicherweise durch
Verbrennen eines Zusatzbrennstoffs z. B. mit einem dafür vorgesehenen Brenner im
Eingangsbereich des Katalysators erfolgt.
Dabei ist es von Nachteil, daß sich der Katalysator aufgrund seiner relativ großen
Ausdehnung und Porosität nur langsam auf Reaktionstemperatur bringen läßt. Die
Anfahrphase der katalytischen Verbrennungseinrichtung benötigt also relativ viel Zeit,
in der keine Oxidation der Abgase stattfindet und der Verbrennungsprozeß folglich
unterbrochen ist. Dieselbe Situation liegt bei Unterschreiten der
Mindestreaktionstemperatur des Katalysators vor. In diesem Fall muß der
Verbrennungsprozeß unterbrochen und durch eine Zusatzheizung die
Katalysatortemperatur wieder auf Reaktionstemperatur gebracht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbrennung von Abgasen,
insbesondere von bei der Naßoxidation von Klärschlamm in einem Tiefschachtreaktor
anfallenden Rohgasen, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens
anzugeben, mit dem die Abgase bei möglichst geringem Energieaufwand gemessen
am Abgasaufkommen unter allen Betriebsbedingungen vollständig ausgebrannt
werden, ohne den Verbrennungsprozeß zeitweilig zu unterbrechen. Dabei soll
trotzdem gewährleistet sein, daß die umweltschädlichen Bestandteile der ins Freie
abgegebenen Abgase zu jeder Zeit unterhalb der zulässigen Grenzwerte liegen. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Verfügbarkeit der Verbrennungseinrichtung
bei möglichst geringem Anlagenaufwand zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in
den Unteransprüchen 2 bis 10 näher gekennzeichnet. Eine Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Merkmale des Patentanspruchs 11 auf
und ist durch die Merkmale der Unteransprüche 12 bis 14 in vorteilhafter Weise
ausgestaltbar.
Die Erfindung sieht vor, daß die Abgase nach Durchlaufen des Brennraums der
thermischen Verbrennungsstufe und vor dem Abführen der behandelten Abgase ins
Freie den Katalysator einer katalytischen Verbrennungsstufe durchlaufen, wobei die
Oxidation der Abgase zumindest in den Phasen konstanter Betriebsbedingungen ganz
oder überwiegend in der katalytischen Verbrennungsstufe stattfindet. Hierdurch wird
auch in Phasen, in denen die Oxidation der Abgase ausschließlich oder überwiegend
in der thermischen Verbrennungsstufe erfolgt, sichergestellt, daß die katalytische
Verbrennungsstufe auf Betriebstemperatur bleibt oder gebracht wird, ohne daß hierzu
eine separate Heizeinrichtung erforderlich ist.
Zweckmäßigerweise werden unterhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur des
Katalysators der katalytischen Verbrennungsstufe die Abgase in der thermischen
Verbrennungsstufe vollständig ausgebrannt. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß bei
Erreichen der vorgegebenen Betriebstemperatur der katalytischen Verbrennungsstufe
die thermische Verbrennung heruntergefahren oder abgeschaltet wird und die Abgase
nach Durchlaufen der katalytischen Verbrennungsstufe zur Aufheizung der der
katalytischen Verbrennungsstufe eingangsseitig zugeführten Abgase verwendet
werden, bevor sie über den Kamin ins Freie abgeführt werden. Auf diese Weise wird
die Oxidation der Abgase mit einem geringstmöglichen Verbrauch an Zusatzbrennstoff
und damit Energieaufwand betrieben, ohne den Verbrennungsprozeß zeitweilig
unterbrechen zu müssen, um den Katalysator der katalytischen Verbrennungsstufe auf
die erforderliche Reaktionstemperatur aufzuheizen. Gleichzeitig ist bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren gewährleistet, daß die umweltschädlichen brennbaren
Bestandteile unabhängig von der Konstanz der Betriebsbedingungen (insbesondere
Abgasheizwert, Katalysatortemperatur) zu jeder Zeit nahezu vollständig verbrannt
werden, so daß es zu keiner Überschreitung der zulässigen Grenzwerte kommt. Durch
das vollständige Ausbrennen der Abgase in der thermischen Oxidationsstufe,
beispielsweise in der Anfahrphase, und die damit verbundene hohe Temperatur der
verbrannten Abgase ist es vorteilhafter Weise möglich, den Katalysator der
katalytischen Verbrennungsstufe besonders schnell auf Betriebstemperatur zu
erhitzen, wodurch sich die Verfügbarkeit der relativ trägen katalytischen
Verbrennungsstufe deutlich verbessert.
Besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Reduzierung des zusätzlichen
Brennstoffeinsatzes ist die Aufheizung der der katalytischen Verbrennungsstufe
eingangsseitig zugeführten Abgase in einem Wärmetauscher mittels indirektem
Wärmeaustausch durch die die katalytische Verbrennungsstufe ausgangsseitig
verlassenden heißen Abgase auf eine der vorgegebenen Betriebstemperatur der
katalytischen Verbrennungsstufe entsprechende Temperatur. Dadurch ist es
insbesondere nach Abschaltung der thermischen Verbrennung möglich, bei
ausreichendem Heizwert der Abgase den Verbrennungsprozeß ohne Zusatzenergie
selbsttätig aufrechtzuerhalten.
Hinsichtlich der Steuerung und Kontrolle des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es
sich als vorteilhaft erwiesen, die Betriebstemperatur der katalytischen
Verbrennungsstufe durch eine Temperaturmeßeinrichtung über die Austrittstemperatur
der die katalytischen Verbrennungsstufe verlassenden Abgase zu erfassen und die
thermische Verbrennungsstufe bei Unterschreiten der vorgegebenen
Betriebstemperatur der katalytischen Verbrennungsstufe anhand der Meßsignale der
Temperaturmeßeinrichtung durch eine Schalteinrichtung einzuschalten, was nahezu
ohne Zeitverzögerung möglich ist. Dadurch wird unter allen Bedingungen zu jedem
Zeitpunkt auf einfachste Art und Weise ein vollständiger Ausbrannt der Abgase
gewährleistet.
Um bei zu hohem Heizwert der Abgase eine Beschädigung des Katalysators zu
vermeiden, ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, bei Überschreiten einer vorgegebenen maximalen Betriebstemperatur der
katalytischen Verbrennungsstufe den Abgasen vor der Verbrennung zusätzlich
Frischluft zuzugeben und dabei die Frischluftzugabe vorzugsweise im Brennraum der
thermischen Verbrennungsstufe, insbesondere mittels der für die thermische
Verbrennungsstufe vorgesehenen Einrichtung zur Zuführung von Verbrennungsluft
vorzunehmen. Zur Verbesserung des Energieeinsatzes werden die dem Brennraum
der thermischen Verbrennungsstufe eingangsseitig zugeführten Abgase durch die die
thermische Verbrennungsstufe ausgangsseitig verlassenden Abgase in einem
Wärmetauscher mittels indirektem Wärmeaustausch aufgeheizt.
Besonders vorteilhaft ist es, die der thermischen Verbrennungsstufe und die der
katalytischen Verbrennungsstufe eingangsseitig zugeführten Abgase in dem selben
Wärmetauscher aufzuheizen, so daß nicht für jede der beiden Verbrennungsstufen ein
separater Wärmetauscher erforderlich ist.
Eine im Rahmen der Erfindung vorgesehene Anlage zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist so ausgebildet, daß der thermischen
Verbrennungseinrichtung eine einen Katalysator enthaltende katalytische
Verbrennungseinrichtung nachgeschaltet ist, wobei die beiden
Verbrennungseinrichtungen und der Wärmetauscher durch verschließbare
fördertechnische Verbindungen so miteinander verbunden sind, daß der
Wärmetauscher zur Vorheizung des zu oxidierenden Abgases der thermischen
und/oder der katalytischen Verbrennungseinrichtung vorschaltbar ist. Bei den
verschließbaren fördertechnischen Verbindungen handelt es sich zweckmäßigerweise
um mit Ventilen verschließbare Rohrleitungen. Mit Vorteil wird eine mit einer
Temperaturmeßeinrichtung verbundene vorzugsweise elektronische Steuereinrichtung
zum Öffnen und Schließen der Ventile, zum An- und Abschalten der thermischen
Verbrennungseinrichtung und zur Steuerung einer zusätzlichen Frischluftzuführung
zum Abgas bei Überschreiten der vorgegebenen maximalen Betriebstemperatur des
Katalysators der katalytischen Verbrennungseinrichtung vorgesehen, so daß die
Anlage auch automatisch betrieben werden kann.
Bei einer bevorzugten Anlage ist es vorgesehen, daß der Wärmetauscher mit seiner
vom aufzuheizenden Medium durchströmbaren Seite in die Abgaszuleitung zum
Brennraum und heizmediumseitig in die den Brennraum und den Eingang der
katalytischen Verbrennungseinrichtung verbindende Rohrleitung
(Wärmetauscherzuleitung mit Ventil und die Zuleitung mit Ventil) fest eingeschaltet ist.
Zusätzlich werden der Brennraum ausgangsseitig und die katalytische
Verbrennungseinrichtung eingangsseitig über eine absperrbare Bypassleitung fest
verbunden. Darüberhinaus ist die katalytische Verbrennungseinrichtung
ausgangsseitig über eine absperrbare Rückführleitung mit dem heizmediumseitigen
Eingang des Wärmetauschers verbunden. Die Abgabe des oxidierten Abgases erfolgt
so, daß der heizmediumseitige Ausgang des Wärmetauschers über eine absperrbare
erste Ableitung und die katalytische Verbrennungseinrichtung ausgangsseitig über
eine absperrbare zweite Ableitung fest mit dem Kamin verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zur Durchführung des Verfahrens
werden nachfolgend beispielhaft anhand eines schematischen Fließschemas sowie
eines schematischen Schaltbildes näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Fließschema des Abgasverbrennungsverfahrens und
Fig. 2 schematisch die Zusammenschaltung der einzelnen Elemente der
Abgasverbrennungsanlage.
In Fig. 1 sind drei Betriebszustände des Verfahrens schematisch in einem
Fließschema dargestellt. Bei der Verbrennung von brennbare Anteile enthaltenden
Abgasen, insbesondere von bei der Naßoxidation von Klärschlamm in einem
Tiefschachtreaktor nach Abtrennung der festen und flüssigen Anteile anfallenden
Rohgasen, wird das Abgas vorher in einem Wärmetauscher aufgeheizt. Anschließend
erfolgt die Oxidation in der thermischen und/oder katalytischen Verbrennungsstufe
(TV und/oder KV), bevor das heiße Reingas unter Abkühlung nach einem weiteren
Durchlaufen des Wärmetauschers über einen Kamin in die Atmosphäre abgeführt wird.
Wie Fig. 1 im einzelnen erkennen läßt, wird das Abgas (Rohgas) während des
Anfahrens der Verbrennungsanlage (Strich-Punkt-Linie) dem für das aufzuheizende
Medium vorgesehenen Eingang des Wärmetauschers zugeführt. Das Rohgas, das
z. B. aus der in einem Tiefschachtreaktor durchgeführten Naßoxidation von
Klärschlamm stammt, kann im Einzelfall noch genügend Sauerstoff für eine
vollständige Oxidation enthalten; anderenfalls erfolgt eine entsprechende
Sauerstoffzufuhr z. B. in Form von Frischluft. Im Wärmetauscher erfolgt Aufheizung
des Abgases auf ca. 500°C. Das vorgeheizte Abgas gelangt anschließend in den
Brennraum der thermischen Verbrennungsstufe TV. Mittels eines Brennersystems wird
ebenfalls in den Brennraum geleiteter Zusatzbrennstoff unter Zugabe von
Verbrennungsluft zusammen mit dem Abgas verbrannt. Im Ausführungsbeispiel ist der
Zusatzbrennstoff Erdgas, das sich durch eine rückstandsarme Verbrennung
auszeichnet. Die Zusatzheizung des Brennraums führt dem zu reinigenden,
vorgeheizten Abgas so viel Wärmeenergie zu, daß dieses die erforderliche
Zündtemperatur erreicht. Je nach Art und Menge der Schadstoffe läuft die
Verbrennung der Abgase bei Temperaturen zwischen 700°C und 900°C ab. Über die
Brennstoffzufuhr werden betriebliche Schwankungen insbesondere des
Abgasheizwertes und der Abgasmenge ausgeglichen und die Brennraumtemperatur
geregelt. Nach einer gewissen Verweilzeit im Brennraum ist das Abgas nahezu
vollständig ausgebrannt, wobei z. B. gemäß der deutschen Vorschrift TA Luft bei einer
Verbrennungstemperatur von 900°C die Verweilzeit eine Dauer von 0,3 s nicht
unterschreiten darf. Das verbrannte heiße Abgas wird anschließend dem
heizmediumseitigen Eingang des Wärmetauschers zugeführt, durchläuft unter
Abkühlung den Wärmetauscher und danach die katalytische Verbrennungsstufe KV,
wo das Abgas eine weitere Abkühlung erfährt. Der vom heißen Abgas durchströmte
Katalysator der katalytischen Verbrennungsstufe KV, die im Ausführungsbeispiel selbst
über keinerlei Vorheizeinrichtung verfügt, wird auf diesem Wege in relativ kurzer Zeit
auf Reaktionstemperatur erwärmt. Das gereinigte Abgas gelangt nach der
katalytischen Verbrennungsstufe KV über einen Kamin ins Freie. Um eine Überhitzung
des Katalysators sicher zu vermeiden, kann es im Bedarfsfall zweckmäßig sein, einen
Teilstrom des heißen Abgases durch ein Bypass-Leitung an der katalytischen
Verbrennungsstufe vorbei ins Freie zu leiten.
Bei Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators der katalytischen
Verbrennungsstufe KV wird die Zuführung von Zusatzbrennstoff und Verbrennungsluft
abgeschaltet. Das ungereinigte vorgeheizte Abgas wird nach Durchlaufen des
Brennraums, wie Fig. 1 - durchgezogene Linie - erkennen läßt, der katalytischen
Verbrennungsstufe KV direkt zugeführt und an der Oberfläche des Katalysators
oxidiert. Die Anspringtemperatur des Katalysators, die mit der Zündtemperatur der
brennbaren Bestandteile bei der thermischen Verbrennung vergleichbar ist, liegt
zwischen 200°C und 300°C. Durch die exotherm verlaufende Verbrennung stellt sich
im Katalysator ein Temperaturprofil ein. Das heiße gereinigte Abgas wird hinter der
katalytischen Verbrennungsstufe KV über den Wärmetauscher und den Kamin ins
Freie abgeführt. Bei ausreichendem Heizwert der zu oxidierenden Abgase wird von
den oxidierten, heißen Abgasen eine solche Wärmemenge an den Wärmetauscher
abgegeben, daß die vorzuheizenden Abgase auf eine der vorgegebenen
Betriebstemperatur der katalytischen Verbrennungsstufe KV entsprechende
Temperatur aufgeheizt werden, so daß keine Zusatzheizung erforderlich ist. Bei zu
großem Heizwert der Abgase wird zur Kühlung zusätzliche Brennluft (Frischluft)
zugegeben, und zwar zweckmäßigerweise mittels der für die thermische
Verbrennungsstufe TV vorgesehenen Einrichtung zur Zuführung von Verbrennungsluft.
Unterschreitet die Betriebstemperatur des Katalysators der katalytischen
Verbrennungsstufe KV einen vorgegebenen Wert, wird die thermische
Verbrennungsstufe TV eingeschaltet und hochgefahren.
Die Steuerung der thermischen Verbrennungsstufe TV erfolgt im Ausführungsbeispiel
anhand einer nicht dargestellten Temperaturmessung der Abgase am Ausgang der
katalytischen Verbrennungsstufe KV. Mittels Steuerimpulsen einer elektronischen
Steuerung wird die thermische Verbrennungsstufe TV veranlaßt, je nach Bedarf die
Verbrennung durchzuführen und/oder Frischluft zuzugeben. Das Verfahren kann
dabei so betrieben werden, daß bei Betrieb der thermischen Verbrennungsstufe TV
immer ein vollständiges Ausbrennen der Abgase erfolgt. Alternativ ist es aber auch
möglich, einen Teil der Abgase in der thermischen Verbrennungsstufe TV und den
restlichen Teil in der katalytischen Verbrennungsstufe KV zu oxidieren. Schließlich ist
es im Ausführungsbeispiel z. B. beim Abfahren der Gesamtanlage vorgesehen
- Strichlinie in Fig. 1 - die katalytische Verbrennung zu umgehen und das vollständig
ausgebrannte Abgas direkt zum Kamin und ins Freie abzuführen.
Fig. 2 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das
Ausführungsbeispiel der Anlage umfaßt eine thermische Verbrennungseinrichtung TV
mit einem Brennraum 1, einem Wärmetauscher 2 und einer katalytischen
Verbrennungseinrichtung KV, die über Rohrleitungen miteinander fest verbunden sind,
wobei die Verbindungs- und Ableitungsrohre durch Ventile 4-9 absperrbar ausgeführt
sind.
Der für das aufzuheizende Medium vorgesehene Eingang und Ausgang des
Wärmetauschers 2 sind in eine Abgaszuleitung 10 zum Brennraum 1 der thermischen
Verbrennungseinrichtung TV fest eingeschaltet. Im Brennraum 1 ist ein Brenner (nicht
dargestellt) angeordnet, der eine regelbare Brennstoffversorgung (z. B. Erdgas) und
eine regelbare Verbrennungsluftzuführung aufweist. Ausgangsseitig ist der Brennraum
1 mit dem heizmediumseitigen Eingang des Wärmetauschers 2 durch eine
Wärmetauscherzuleitung 11, in der das Absperrventil 4 eingesetzt ist, verbunden.
Zwischen dem heizmediumseitigen Ausgang des Wärmetauschers 2 und dem
Eingang der katalytischen Verbrennungseinrichtung KV ist eine Zuleitung 12 mit Ventil
5 angeordnet. Eine absperrbare Bypassleitung 13 (Ventil 7) verbindet den Ausgang
des Brennraums 1 direkt mit dem Eingang der katalytischen Verbrennungseinrichtung
KV, während der Ausgang der katalytischen Verbrennungseinrichtung KV über eine
Rückführleitung 14 (Absperrventil 8) direkt mit dem heizmediumseitigen Eingang des
Wärmetauschers 2 fest verbunden ist. Das Heizmedium des Wärmetauschers 2 ist
über eine absperrbare Ableitung 15 (Ventil 9) direkt zum Kamin abführbar. Außerdem
ist der Kamin über die zweite durch das Ventil 6 absperrbare Ableitung 16 mit dem
Ausgang der katalytischen Verbrennungseinrichtung KV verbunden.
Zur Steuerung der Anlage ist eine mit einer Temperaturmeßeinrichtung verbundene
Steuereinrichtung (beide nicht dargestellt) zum Öffnen und Schließen der Ventile 4-9,
zum An- und Abschalten der thermischen Verbrennungseinrichtung TV und zur
Steuerung einer zusätzlichen Frischluftzuführung zum Abgas bei Überschreiten der
vorgegebenen maximalen Betriebstemperatur des Katalysators 3 der katalytischen
Verbrennungseinrichtung KV vorgesehen.
Beim Betrieb der Anlage werden durch die Steuereinrichtung während des
Anfahrvorganges die Absperrventile 7, 8 und 9 geschlossen und die Ventile 4, 5 und 6
geöffnet; im Bedarfsfall kann das Ventil auch teilweise geöffnet bleiben, um einen
Teilstrom des Abgases durch die Ableitung 15 zu leiten. Das Abgas wird mittels eines
Verdichters (nicht dargestellt) durch die Abgaszuleitung 10 über den Wärmetauscher 2,
in dem das Abgas vorgewärmt wird, in den Brennraum 1 geleitet und dort
zusammen mit dem Erdgas-Luft-Gemisch, das über den Brenner zugeführt wird,
vollständig ausgebrannt. Das heiße Abgas wird dann über die
Wärmetauscherzuleitung 11, den Wärmetauscher 2, die Zuleitung 12, die katalytische
Verbrennungseinrichtung KV und den Kamin ins Freie abgeführt. Das den
Wärmetauscher 2 und den Katalysator 3 der katalytischen Verbrennungseinrichtung
KV durchströmende heiße Abgas wird beim Durchgang abgekühlt, wobei der
Katalysator 3 der katalytischen Verbrennungseinrichtung KV stetig bis auf
Betriebstemperatur erwärmt wird.
Bei Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators 3 werden durch die
Steuereinrichtung die Ventile 4, 5 und 6 geschlossen, die thermische
Verbrennungseinrichtung TV abgeschaltet und die Ventile 7, 8 und 9 anschließend
geöffnet. Jetzt gelangt das Abgas über die Abgaszuleitung 10, den Wärmetauscher 2,
den Brennraum 1 und die Bypassleitung 7 zur katalytischen Verbrennungseinrichtung
KV, wo es an der Oberfläche des Katalysators 3 unter Wärmeabgabe verbrannt wird.
Da die direkte Verbindung zum Kamin durch das geschlossene Ventil 6 versperrt ist,
strömt das heiße Abgas über die Rückführleitung 14, durch den Wärmetauscher 2
(unter Wärmeabgabe) und die Ableitung 15 zum Kamin und von dort ins Freie.
Bei ausreichendem Heizwert des insbesondere aus einer Naßoxidationsstufe der
Verbrennung zugeführten Abgases erfolgt durch den Wärmetausch im Wärmetauscher
2 eine ausreichende Vorheizung des zu oxidierenden Abgases, so daß keine
zusätzliche Aufheizung erforderlich ist. Bei zu großem Heizwert des Abgases kann es
dagegen zu einem unzulässigen Aufheizen des Katalysators 3 kommen. Überschreitet
die Temperatur des Katalysators 3 der katalytischen Verbrennungseinrichtung KV
einen maximal vorgegebenen Wert, so wird, um eine Überhitzung des Katalysators 3
zu verhindern, dem Abgas Frischluft zugegeben, zweckmäßigerweise mittels der für
die thermische Verbrennungseinrichtung TV vorgesehenen Einrichtung zur Zuführung
von Verbrennungsluft. Die Zugabe erfolgt temperaturabhängig mittels der
Steuereinrichtung, wenn diese von der Temperaturmeßeinrichtung entsprechende
Temperatursignale empfängt, wobei die Betriebstemperatur des Katalysators 3 indirekt
über die Austrittstemperatur der die katalytische Verbrennungseinrichtung KV
verlassenden Abgase bestimmt wird.
Bei Unterschreiten der Betriebstemperatur des Katalysators 3 wird auf vollständiges
thermisches Verbrennen umgeschaltet. Die Ventilstellungen der Ventile 4-9 sind dabei
mit denen während des Anfahrvorganges identisch. Alternativ ist es allerdings auch
möglich, bei Unterschreiten der Betriebstemperatur des Katalysators 3 während des
Verbrennungsprozesses keine Umschaltung wie oben beschrieben vorzunehmen,
sondern lediglich eine teilweise Verbrennung der Abgase in der thermischen
Verbrennungseinrichtung TV und damit eine Vorheizung des Abgases für die
katalytische Verbrennungseinrichtung KV durchzuführen. Die weitere Verbrennung
erfolgt dann in der katalytischen Verbrennungseinrichtung KV.
Der Katalysator 3 der katalytischen Verbrennungseinrichtung KV ist zweck
mäßigerweise als Drei-Schicht-Katalysator ausgebildet, wobei die erste Schicht zur
Adsorption von Schwermetallen dient, die den Katalysator ansonsten vergiften würden.
In der zweiten Schicht wird das CO zu CO₂ oxidiert, während die dritte Schicht zur
Oxidation der Kohlenwasserstoffe dient.
Bezugszeichenliste
1 Brennraum
2 Wärmetauscher
3 Katalysator
4-9 Ventil
10 Abgaszuleitung
11 Wärmetauscherzuleitung
12 Zuleitung
13 Bypassleitung
14 Rückführleitung
15 Ableitung
16 Ableitung
TV thermische Verbrennungsstufe
KV katalytische Verbrennungsstufe
2 Wärmetauscher
3 Katalysator
4-9 Ventil
10 Abgaszuleitung
11 Wärmetauscherzuleitung
12 Zuleitung
13 Bypassleitung
14 Rückführleitung
15 Ableitung
16 Ableitung
TV thermische Verbrennungsstufe
KV katalytische Verbrennungsstufe
Claims (14)
1. Verfahren zur Verbrennung von brennbare Bestandteile enthaltenden Abgasen,
insbesondere von bei der Naßoxidation von Klärschlamm anfallenden
Rohgasen, bei dem die Abgase zumindest zeitweilig in einer thermischen
Verbrennungsstufe unter Zufuhr von Zusatzbrennstoff oxidiert und über einen
Kamin ins Freie abgeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgase nach Durchlaufen des Brennraums der thermischen
Verbrennungsstufe und vor dem Abführen der behandelten Abgase ins Freie
den Katalysator einer katalytischen Verbrennungsstufe durchlaufen, wobei die
Oxidation der Abgase zumindest in den Phasen konstanter
Betriebsbedingungen ganz oder überwiegend in der katalytischen
Verbrennungsstufe stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur des Katalysators der
katalytischen Verbrennungsstufe die Abgase in der thermischen Verbrennungs
stufe vollständig ausgebrannt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Erreichen der vorgegebenen Betriebstemperatur der katalytischen
Verbrennungsstufe die thermische Verbrennung heruntergefahren oder
abgeschaltet wird und die Abgase nach Durchlaufen der katalytischen
Verbrennungsstufe zur Aufheizung der der katalytischen Verbrennungsstufe
eingangsseitig zugeführten Abgase verwendet werden, bevor sie über den
Kamin ins Freie abgeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der katalytischen Verbrennungsstufe eingangsseitig zugeführten
Abgase in einem Wärmetauscher mittels indirektem Wärmeaustausch durch die
die katalytische Verbrennungsstufe ausgangsseitig verlassenden heißen
Abgase auf eine der vorgegebenen Betriebstemperatur der katalytischen
Verbrennungsstufe entsprechende Temperatur aufgeheizt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betriebstemperatur der katalytischen Verbrennungsstufe durch eine
Temperaturmeßeinrichtung über die Austrittstemperatur der die katalytische
Verbrennungsstufe verlassenden Abgase erfaßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Verbrennungsstufe bei Unterschreiten der vorgegebenen
Betriebstemperatur der katalytischen Verbrennungsstufe durch eine
Schalteinrichtung anhand der Meßsignale der Temperaturmeßeinrichtung
eingeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreiten einer vorgegebenen maximalen Betriebstemperatur der
katalytischen Verbrennungsstufe, insbesondere bei einem zu hohen Heizwert
der Abgase, den Abgasen vor der Verbrennung zusätzlich Brennluft (Frischluft)
zugegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frischluftzugabe im Brennraum der thermischen Verbrennungsstufe,
insbesondere mittels der für die thermische Verbrennungsstufe vorgesehenen
Einrichtung zur Zuführung von Verbrennungsluft erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der thermischen Verbrennungsstufe eingangsseitig zugeführten Abgase
durch die die thermische Verbrennungsstufe ausgangsseitig verlassenden
Abgase in einem Wärmetauscher mittels indirektem Wärmeaustausch
aufgeheizt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der thermischen Verbrennungsstufe und die der katalytischen
Verbrennungsstufe eingangsseitig zugeführten Abgase in dem gleichen
Wärmetauscher aufgeheizt werden.
11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer
thermischen Verbrennungseinrichtung (TV), in der ein direkt beheizter
Brennraum (1) mit einem Brenner, der eine regelbare Brennstoffversorgung und
eine regelbare Luftzuführung aufweist, ausgebildet ist, und mit einem
Wärmetauscher (2) zur Vorwärmung des zu verbrennenden Abgases,
dadurch gekennzeichnet,
daß der thermischen Verbrennungseinrichtung (TV) eine einen Katalysator (3)
enthaltende katalytische Verbrennungseinrichtung (KV) nachgeschaltet ist,
wobei die beiden Verbrennungseinrichtungen (KV, TV) und der Wärmetauscher
(2) durch verschließbare fördertechnische Verbindungen so miteinander
verbunden sind, daß der Wärmetauscher (2) zur Vorheizung des zu
oxidierenden Abgases der thermischen und/oder der katalytischen
Verbrennungseinrichtung (TV und/oder KV) vorschaltbar ist.
12. Anlage nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verschließbaren fördertechnischen Verbindungen mit Ventilen (4-9)
verschließbaren Rohrleitungen sind.
13. Anlage nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine mit einer Temperaturmeßeinrichtung verbundene Steuereinrichtung
vorgesehen ist zum Öffnen und Schließen der Ventile (4-9), zum An- und
Abschalten der thermischen Verbrennungseinrichtung (TV) und zur Steuerung
einer zusätzlichen Frischluftzuführung zum Abgas bei Überschreiten der
vorgegebenen maximalen Betriebstemperatur des Katalysators der
katalytischen Verbrennungseinrichtung (KV).
14. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (2) mit seiner vom aufzuheizenden Medium durchströmbaren Seite in die Abgaszuleitung (10) zum Brennraum (1) und heizmediumseitig in die den Brennraum (1) und den Eingang der katalytischen Verbrennungseinrichtung (KV) verbindende Rohrleitung (Wärmetauscherzuleitung 11 mit Ventil 5 und die Zuleitung 12 mit Ventil 6) fest eingeschaltet ist,
daß der Brennraum (1) ausgangsseitig und die katalytische Verbrennungs einrichtung (KV) eingangsseitig zusätzlich über eine absperrbare (Ventil 7) Bypassleitung (13) fest verbunden sind,
daß die katalytische Verbrennungseinrichtung (KV) ausgangsseitig über eine absperrbare (Ventil 8) Rückführleitung (14) fest mit dem heizmediumseitigen Eingang des Wärmetauschers (2) verbunden ist,
daß der heizmediumseitige Ausgang des Wärmetauschers (2) über eine absperrbare (Ventil 9) erste Ableitung (15) und die katalytische Verbrennungs einrichtung (KV) ausgangsseitig über eine absperrbare zweite Ableitung (16, Ventil (7)) fest mit dem Kamin verbunden sind.
daß der Wärmetauscher (2) mit seiner vom aufzuheizenden Medium durchströmbaren Seite in die Abgaszuleitung (10) zum Brennraum (1) und heizmediumseitig in die den Brennraum (1) und den Eingang der katalytischen Verbrennungseinrichtung (KV) verbindende Rohrleitung (Wärmetauscherzuleitung 11 mit Ventil 5 und die Zuleitung 12 mit Ventil 6) fest eingeschaltet ist,
daß der Brennraum (1) ausgangsseitig und die katalytische Verbrennungs einrichtung (KV) eingangsseitig zusätzlich über eine absperrbare (Ventil 7) Bypassleitung (13) fest verbunden sind,
daß die katalytische Verbrennungseinrichtung (KV) ausgangsseitig über eine absperrbare (Ventil 8) Rückführleitung (14) fest mit dem heizmediumseitigen Eingang des Wärmetauschers (2) verbunden ist,
daß der heizmediumseitige Ausgang des Wärmetauschers (2) über eine absperrbare (Ventil 9) erste Ableitung (15) und die katalytische Verbrennungs einrichtung (KV) ausgangsseitig über eine absperrbare zweite Ableitung (16, Ventil (7)) fest mit dem Kamin verbunden sind.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19508807A DE19508807A1 (de) | 1994-03-10 | 1995-03-06 | Verfahren und Anlage zur Verbrennung von Abgasen |
| AT41095A AT405377B (de) | 1994-03-10 | 1995-03-08 | Verfahren und anlage zur verbrennung von abgasen |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4408674 | 1994-03-10 | ||
| DE19508807A DE19508807A1 (de) | 1994-03-10 | 1995-03-06 | Verfahren und Anlage zur Verbrennung von Abgasen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19508807A1 true DE19508807A1 (de) | 1995-09-14 |
Family
ID=6512785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19508807A Withdrawn DE19508807A1 (de) | 1994-03-10 | 1995-03-06 | Verfahren und Anlage zur Verbrennung von Abgasen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19508807A1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10149807B4 (de) * | 2001-10-09 | 2007-12-27 | Herhof Verwaltungsgesellschaft Mbh | Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen, die heizwerthaltige Substanzen, insbesondere Schadstoffpartikel und/oder Geruchspartikel, enthalten |
| DE102008037418B3 (de) * | 2008-10-07 | 2010-02-18 | Reicat Gmbh | Verfahren zur Reinigung von Abgasen durch generative Nachverbrennung |
| DE102008052644A1 (de) * | 2008-10-22 | 2010-04-29 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Nachbehandlung von Abluft einer Trocknerkammer |
| WO2010004010A3 (de) * | 2008-07-10 | 2010-10-21 | Gatv Polska Sp.Z O.O. | Verfahren und vorrichtung zur thermischen nachverbrennung von mit oxidierbaren substanzen beladener abluft |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3908740A1 (de) * | 1989-03-17 | 1990-11-29 | Didier Werke Ag | Verfahren zur entfernung oder verminderung von halogenierten aromaten aus abgasen von verbrennungsanlagen fuer muell oder sondermuell |
-
1995
- 1995-03-06 DE DE19508807A patent/DE19508807A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3908740A1 (de) * | 1989-03-17 | 1990-11-29 | Didier Werke Ag | Verfahren zur entfernung oder verminderung von halogenierten aromaten aus abgasen von verbrennungsanlagen fuer muell oder sondermuell |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Rüb F.: Nebenprodukt Klärschlamm, in DE-Z.: VDI-Nachrichten, 5. Aug. 1964 * |
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| WO2010004010A3 (de) * | 2008-07-10 | 2010-10-21 | Gatv Polska Sp.Z O.O. | Verfahren und vorrichtung zur thermischen nachverbrennung von mit oxidierbaren substanzen beladener abluft |
| RU2503887C2 (ru) * | 2008-07-10 | 2014-01-10 | Гатв Польска Сп.З.О.О. | Способ и устройство для термического дожигания отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества |
| DE102008037418B3 (de) * | 2008-10-07 | 2010-02-18 | Reicat Gmbh | Verfahren zur Reinigung von Abgasen durch generative Nachverbrennung |
| DE102008052644A1 (de) * | 2008-10-22 | 2010-04-29 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Nachbehandlung von Abluft einer Trocknerkammer |
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