DE19609721C2 - Verfahren zur energetischen Verwertung von Rest- und Abfallstoffen sowie heizwertarmen Brennstoffen in einem Dampfkraftwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Rest- und Abfallstoffen sowie heizwertarmen Brennstoffen in einem Dampfkraftwerk.

Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo belastete Rest- und Abfallstoffe sowie heizwertarme bzw. ballastreiche Brennstoffe unabhängig von ihrer Beschaffenheit und ihrem Gehalt an toxischen Schwermetallen, Chlorverbindungen und Salzen energiewirtschaftlich, unter Substitution von fossilen Brennstoffen in fossil beheizten Kraftwerken verwertet werden sollen.

Unter Rest- und Abfallstoffen sind zu verstehen Hausmüll, Gewerbemüll, kommunale und industrielle Klärschlämme, Reste aus der Aufbereitung verbrauchter Industriegüter mit organischen Anteilen wie Kabel, Altautos, Elektronikschrott, nicht stofflich verwertbare Reste aus Sammlungen wie DSD sowie Produktionsreste aus verschiedenen technologischen Verfahren besonders der Recyclingwirtschaft. Dazu gehören weiter belastete Altöle, Ölschlämme und pastöse bzw. schlammartige wässrige Schlämme, beispielsweise Farbschlämme. Heizwertarme Brennstoffe sind beispielsweise Biobrennstoffe wie Stroh, Holz, Gräser, Laub, speziell gezüchtete, für die energetische Nutzung vorgesehene Pflanzen, aber auch belastete, brennbare Schwachgase und Dämpfe, wie Deponie- und Klärgase.

Die energiewirtschaftliche Verwertung dieser Stoffe wird erschwert durch ihre heterogene Zusammensetzung und in der Regel hohe Konzentrationen an anorganischen und organischen toxischen Stoffen wie Schwermetallen, chlororganischen Verbindungen und zyklischen Kohlenwasserstoffen. Vielfach besteht auch die Gefahr der Bildung hochtoxischer Verbindungen wie Dioxine und Furane im Zuge der Verbrennung.

Es ist durchaus übliche Praxis, Abfall- und Reststoffe oder heizwertarme bzw. ballastreiche Brennstoffe der beispielhaft dargestellten Art einer Verbrennung zuzuführen und die frei werdende Wärme zur Elektroenergieerzeugung und/oder zur Erzeugung von Dampf bzw. Heißwasser für Heizungszwecke zu nutzen. Für die Verbrennung sind jedoch spezielle Feuerungen und Kesselkonstruktionen und außerordentlich umfangreiche Rauchgasreinigungsanlagen erforderlich, um die vom Einsatzgut mitgebrachten bzw. im Zuge der Verbrennung entstehenden Schadstoffe sicher aus dem Rauchgas abzutrennen. Es bestehen weiter große Probleme, die in Form einer mehr oder weniger gesinterten, inhomogenen Asche anfallenden Verbrennungsrückstände und die im Zuge der Rauchgasreinigung anfallenden Flugstäube, Entschwefelungsprodukte und Salze umweltgerecht zu deponieren. Anlagen zur thermischen Verwertung von Rest- und Abfallstoffen sowie niederkalorischen Brennstoffen haben in der Regel relativ geringe thermische Leistungen. Üblich ist ein Bereich zwischen 10 und 50 MW (thermisch). Beispielsweise hat eine Anlage zur Verwertung von Hausmüll durchschnittlicher Zusammensetzung mit einer Kapazität von 100000 t/a eine thermische Leistung von 35-40 MW. Als Nachteil dieser relativ niedrigen thermischen Leistung ergeben sich wiederum hohe spezifische Investitionskosten sowie niedrige Verstromungswirkungsgrade. Dies wirkt sich auf die Höhe der Entsorgungskosten aus. Es bestehen deshalb Anreize, anfallende Rest- und Abfallstoffe oder heizwertarme Brennstoffe in größeren, fossil beheizten Dampfkraftwerken oder Heizkraftwerken mit einzusetzen und dabei einen äquivalenten Teil der fossilen Brennstoffe einzusparen. Trotz vielfältiger Bemühungen ist dieses Ziel bisher nur in wenigen Sonderfällen erreicht worden. Ursachen dafür sind, daß die oben genannten Stoffe wegen ihrer Heterogenität, ihres Ballastgehaltes oder ihrer Zusammensetzung in üblichen Dampferzeugern nicht oder nicht ausreichend vollständig verbrannt werden können, daß gegebenenfalls auch in Wechselwirkung mit den mineralischen Bestandteilen des fossilen Hauptbrennstoffes betriebsstörende Ansätze und Verschmutzungen der Heizflächen des Dampferzeugers auftreten, daß insbesondere die mit den Abfällen oder Biobrennstoffen eingebrachten Chlorverbindungen zu erheblichen Korrosionsschutzmaßnahmen an Kessel und Rauchgasreinigung zwingen, daß eine erhebliche Erweiterung der Rauchgasreinigungsanlage (beispielsweise für die Beherrschung leichtflüchtiger Schwermetalle wie Quecksilber) notwendig wird, daß die Verwertungs- und Absatzmöglichkeiten für die Kesselasche und den bei der Rauchgasentschwefelung anfallenden Gips im Vergleich zu einem ausschließlich mit Kohle beheizten Dampferzeuger stark beeinträchtigt werden und die gesetzlichen Kontroll- und Überwachungsauflagen für den Betrieb der Anlage erheblich verschärft werden, um Umweltbeeinträchtigungen durch Schadstoffemissionen in zulässigen Grenzen zu halten.

Es ist bekannt, Rest- und Abfallstoffe sowie heizwertarme Brennstoffe zur Erzeugung brennbarer Gase durch Vergasung mit Luft oder technischem Sauerstoff einzusetzen, wobei die anorganischen Bestandteile des Einsatzgutes in Form geschmolzenen Granulates als Wertstoff gewonnen werden können. Die Vergasung kann, wie dem Fachmann bekannt, nach unterschiedlichen Prinzipien der Verfahrensführung erfolgen, beispielsweise im Festbett bzw. Wanderbett, in der Wirbelschicht oder im Flugstrom. Charakteristisch für die Vergasung ist die Überführung des mit dem Einsatzgut eingebrachten Schwefelgehaltes in die Form von Schwefelwasserstoff. Chlorverbindungen im Einsatzgut werden praktisch vollständig zu Chlorwasserstoff bzw. nach Neutralisation mit Alkalien zu chloridischen Salzen umgewandelt.

Es ist Stand der Technik, Schwefelwasserstoff, Chlorwasserstoff und Chloride sowie mitgeführte staubförmige Verunreinigungen aus dem erzeugten Gas abzutrennen und das gereinigte Gas einer Gasturbine oder einem Gasmotor zuzuführen.

In der Technik der Gaserzeugung ist die Vergasung von Brennstoffen, die sich in einem fließfähigen Zustand befinden oder in diesen Zustand überführt werden können, durch partielle Oxydation im Flugstrom bekannt. Dabei wird der Brennstoff mit Sauerstoff in Form einer Flammenreaktion, vielfach auch unter erhöhtem Druck, in ein kohlemonoxid- und wasserstoffreiches Gas umgewandelt. Es ist vorgeschlagen worden, für die Gaserzeugung durch Partialoxydation auch kohlenstoffhaltige beziehungsweise brennbare Rückstände mit einem zusätzlichen Brennstoff heranzuziehen, soweit sie in einem fließfähigen Zustand vorliegen beziehungsweise in diesen gebracht werden können. Beispiele dafür geben die DE 28 31 208 A1 und die DE 38 20 013 A1.

Zur Überführung heterogen zusammengesetzter Einsatzstoffe in ein fließfähiges Gut wird schließlich die Kombination von einer Pyrolyse- mit einer Flugstromvergasungsstufe nach DE 42 38 934 A1 genannt, wobei der Pyrolysestufe die Aufgabe zukommt, durch Erzeugung eines Pyrolysekokses und eines Pyrolysegases aufbereitbare und der Flugstromvergasungsstufe zuführbare Produkte zu erzeugen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technologie ist, daß die mineralischen Bestandteile in eine schmelzflüssige Schlacke überführt werden, die nach Kühlung als glasartiges Granulat anfällt und keiner Nachbehandlung bedarf. Vorteilhaft ist weiterhin, daß ein von Kohlenwasserstoffen freies Rohsynthesegas entsteht.

Mit Rücksicht auf das regionale Aufkommen an Abfall- und Reststoffen oder heizwertarmen Brennstoffen ist auch bei thermischen Abfallverwertungsanlagen auf der Basis von Vergasungsprozessen vielfach die mögliche thermische Leistung einer Anlage zu gering, um einen hohen Wirkungsgrad der Energiewandlung und niedrige spezifische Investitionskosten zu erreichen.

Aus "Gas, Erdas 137" (1966) Nr. 2, S. 60-69 gehen Müllvergasungs- und Müllverbrennungsverfahren hervor, wobei zur energetischen Verwertung von Rest- und Abfallstoffen sowie heizwertarmen Brennstoffen ein Pyrolyseverfahren mit einem Vergasungsverfahren kombiniert ist, bei dem ein Pyrolysegas und ein Pyrolysekoks gemeinsam in einem Flugstromvergaser zu einem Schmelzgranulat und einem Brenngas verarbeitet werden, wobei das Brenngas einer Nutzung in einer Gasturbine zugeführt wird. Eine Anregung, dieses Brenngas in einem Dampfkraftwerk zu verwerten, erfolgt nicht. Aus diesem Dokument geht auch nicht hervor, einen Flugstromvergaser mit Reaktionstemperaturen über dem Schmelzbereich der mineralischen Bestandteile der Rest- und Abfallstoffe und über der Zersetzungstemperatur der Schadstoffe zu betreiben und ein kohlenwasserstofffreies Vergasungsgas zu erzeugen, wobei in Verbindung mit der Wasserwäsche die flüchtigen Bestandteile sulfidisch sowie die nichtflüchtigen Schwermetalle in die verglaste Schlacke eluationsfest eingebunden werden.

Aus DE-Z: Energieanwendung, 44. Jhrg., Heft 4/1995, S. 18-25 gehen thermische Verfahren in der Abfallwirtschaft hervor, wobei auch das Noell- Konversionsverfahren näher beschrieben wird, welches die Kombination einer Pyrolyse mit einer anschließenden Vergasung vorsieht. Allerdings wird das entstehende Pyrolysegas einem Gasmotor zugeführt oder als Reingas für eine Gasturbine oder eine Methanolsynthese verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anfallende Rest- und Abfallstoffe der eingangs geschilderten Art sowie heizwertarme und ballastreiche Brennstoffe in Dampfkraftwerken oder Heizkraftwerken für fossile Brennstoffe einzusetzen, dadurch einen äquivalenten Teil der fossilen Brennstoffe einzusparen und eine umweltfreundliche energetische Verwertung dieser Stoffe bei hohen Wirkungsgraden und abgesenkten Kosten zu ermöglichen und zugleich die mit dem Stand der Technik gegebenen Nachteile einer solchen Mitverbrennung für die Gestaltung und den Betrieb des fossil beheizten Kraftwerkes zu überwinden, insbesondere sollen bestehende fossil beheizte, in der Regel mit Kohle oder Heizöl beheizte Kraftwerke und Heizkraftwerke für die Verwertung regional anfallender Abfall- und Reststoffe, beispielsweise des Hausmülls, herangezogen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung wieder.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur energetischen Verwertung von belasteten Rest- und Abfallstoffen sowie heizwertarmen bzw. ballastreichen Brennstoffen in einem fossil beheizten, in der Regel mit Kohle oder Heizöl beheiztem Kraftwerk geht davon aus, die genannten Stoffe gegebenenfalls nach einer Aufbereitung einer Vergasung zu unterwerfen und damit ihre organischen Bestandteile bzw. ihren Kohlenstoffinhalt in einen brennbares Vergasungsgas umzuwandeln. In einer der Vergasung folgenden Stufen wird das Vergasungsgas in Kontakt mit einer wässrigen Waschflüssigkeit gebracht, also einer Wasserwäsche unterzogen. Es wurde gefunden, daß die mit den Rest- und Abfallstoffen eingebrachten leichtflüchtigen, toxischen Schwermetalle, vor allem Quecksilber, Cadmium, Blei und Zink, im Zuge der Vergasung in das Vergasungsgas übergeben und durch den Kontakt mit der Waschflüssigkeit aus dem Vergasungsgas praktisch quantitativ abgetrennt und in Form ihrer unlöslichen Sulfide als Schlamm von der wässrigen Waschflüssigkeit aufgenommen werden.

Das auf diese Weise von toxischen Schwermetallen, aber auch von Chlorwasserstoff bzw. Alkalichloriden und anderen Alkalisalzen befreite und damit teilgereinigte Gas wird erfindungsgemäß einem Dampferzeuger des Kraftwerkes zur Verbrennung zugeführt und seine chemisch gebundene Wärme zur Dampf bzw. Heißwassererzeugung genutzt. Das entstehende Verbrennungsgas mischt sich dem aus der Verbrennung des fossilen Hauptbrennstoffes entstehenden Rauchgasstrom zu.

Der mit den Rest- und Abfallstoffen bzw. heizwertarmen Brennstoffen eingebrachte Schwefelgehalt wird im Zuge der Vergasung vorwiegend in Schwefelwasserstoff überführt und ist in dieser Bindungsform im Vergasungsgas enthalten. Bei der Verbrennung des teilgereinigten Vergasungsgases entstehen daraus Schwefeloxide, zu überwiegendem Anteil Schwefeldioxid. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die aus der Verbrennung des teilgereinigten Vergasungsgases stammenden Schwefeloxide und Stickstoffoxide gemeinsam mit den entsprechenden Schadstoffen aus der Verbrennung des fossilen Hauptbrennstoffes beim Durchgang des vereinigten Rauchgasstromes durch die für Kohle- bzw. Heizölfeuerung ausgelegte Rauchgasreinigungsanlage des Dampferzeugers zurückgehalten werden. Einer der durch die Erfindung erreichten wirtschaftlichen und technischen Effekte ist somit, daß trotz des Einsatzes von mit leichtflüchtigen, toxischen Schwermetallen, Chlor und Schwefel belasteten Rest- und Abfallstoffen ohne zusätzliche Umweltbelastung sowohl auf die aufwendige, für die Rest- und Abfallstoffe zugeschnittene Rauchgasreinigung mit Schwermetall- und Chlorwasserstoffabscheidung am Dampferzeuger, als auch auf die für Vergasungsanlagen sonst notwendige Entschwefelungsanlage zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff aus dem Vergasungsgas verzichtet werden kann. Die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung geht von einer Vergasung nach dem Prinzip der Partialoxydation im Flugstrom mit technischem Sauerstoff als Vergasungsmittel bei Temperaturen oberhalb des Schmelzbereiches der mineralischen Bestandteile der Rest- und Abfallstoffe sowie der heizwertarmen bzw. ballastreichen Brennstoffe aus. Mit dieser Vergasungstechnologie wird einerseits erreicht, daß die mineralischen Bestandteile der Rest- und Abfallstoffe in ein z. B. als Baustoff verwertbares eluationsfestes Schmelzgranulat mit glasartiger Struktur überführt werden, andererseits ein Gas erzeugt wird, das frei von kondensierbaren und gasförmigen Kohlenwasserstoffen ist, was eine einfache und betriebssichere technische Gestaltung der Wasserwäsche und der erforderlichen Abwasserreinigungsanlage und eine einfache Gestaltung der Rohrleitungen und Einrichtungen zur Verbrennung des Vergasungsgases im Dampferzeuger ermöglicht. Die Partialoxydation im Flugstrom setzt, wie bekannt, die Überführung der Einsatzstoffe für die Vergasung in einen fließfähigen Zustand voraus. Bei einer Reihe von Rest- und Abfallstoffen genügt dazu eine einfache Aufbereitung durch Aufmahlung zu einem staubförmigen Produkt, gegebenenfalls verbunden mit einer vorherigen Trocknung. Rest- und Abfallstoffe wie kommunaler oder gewerblicher Müll, Altholz, Leichtshreddergut der Altautoverwertung und ähnliche Materialien sind im Anfallzustand nicht oder nicht mit wirtschaftlich tragbarem Aufwand zu Staubfeinheit aufzumahlen. In solchen Fällen entspricht es der Erfindung, der Vergasung eine thermische Behandlung in Form einer Pyrolyse vorzuschalten und die bei der Pyrolyse entstehenden festen, gasförmigen und dampfförmigen Produkte gegebenenfalls nach einer Zwischenaufbereitung und Aushaltung von Fraktionen dieser Produkte der Vergasung zuzuführen.

Wie dem Fachmann bekannt, ist unter Pyrolyse die thermische Behandlung des Einsatzgutes unter weitgehendem Luftabschluß bei Temperaturen zwischen etwa 250 °C und etwa 750°C zu verstehen, wobei die organischen Bestandteile des Einsatzgutes in einen spröden, mahlbaren festen Rückstand, den Pyrolysekoks, sowie in gas- und dampfförmige Kohlenwasserstoffverbindungen überführt werden. Bei einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Pyrolyse mit indirekter Wärmezufuhr aus einem gasförmigen Heizmedium über Heizflächen, beispielsweise in einem außenbeheizten Drehrohrreaktor. Vorteilhaft wird nach der Erfindung als Heizmedium ein aus dem Rauchgasstrom des Dampferzeugers an einer Entnahmestelle mit einer bestimmten, für die Beheizung der Pyrolyse geeigneten Temperatur abgezweigten Rauchgasteilstrom verwendet, der nach Abgabe seiner Heizenergie und entsprechenden Abkühlung an einer geeigneten Stelle stromabwärts der Entnahmestelle in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers zurückgeführt wird.

In der Regel liegt die Temperatur des aus dem Dampferzeuger abgezweigten Rauchgasteilstroms zwischen 500 und 1000°C, und die Temperatur des nach Wärmeabgabe zur Beheizung der Pyrolyse in den Dampferzeuger zurückgeführten Rauchgasteilstroms entsprechend zwischen 200 und 600°C.

Erfindungsgemäß können die gas- und dampfförmigen Produkte der Pyrolyse ohne stärkere Kühlung und ohne Kondensation von Kohlenwasserstoff und Wasserdämpfen der Vergasung zugeführt werden. Alternativ ist es möglich, die gas- und dampfförmigen Pyrolyseprodukte einer Kühlung und Kondensation zu unterwerfen, wobei die Endtemperatur der Kühlung so gewählt wird, daß mindestens ein öliges bzw. teerartiges Kondensat anfällt und die nach Kühlung und Kondensation gas- und dampfförmig bleibenden Pyrolyseprodukte und mindestens das ölige Kondensat der Vergasung zugeführt werden.

Vielfach ist es vorteilhaft, aus dem festen Pyrolyserückstand eine Metallfraktion und/oder eine grobkörnige Inertfraktion, vorwiegend gröbere Steine bzw. gröbere Glas- und Keramikbrocken, abzutrennen und einer gesonderten Verwertung zuzuführen, während der verbleibende Anteil des festen Pyrolyserückstandes aufgemahlen und vergast wird.

Es wurde gefunden, daß abhängig von der Art der Einsatzstoffe, ein wesentlicher Anteil leichtflüchtiger Schwermetalle, vor allem Quecksilber, bereits in der Pyrolysestufe in die gas- und dampfförmigen Pyrolyseprodukte übergehen und mit diesen Produkten zur Vergasung gelangen, während der Gehalt an Schwermetallen im festen Pyrolyserückstand stark zurückgegangen ist. Es entspricht der Erfindung, wenn in solchen Fällen mindestens eine Fraktion des festen Pyrolyserückstandes nicht der Vergasung unterworfen wird, sondern dem Hauptbrennstoff eines mit festen fossilen Brennstoffen, also mit Steinkohle oder Braunkohle beheizten Dampferzeugers zugegeben und mit diesem gemeinsam im Dampferzeuger verbrannt wird.

Schließlich kann es nach der Erfindung Vorteile bieten, wenn mindestens ein Teilstrom des teilgereinigten Vergasungsgases nicht im Bereich der Hauptfeuerung des Dampferzeugers eingesetzt, sondern an einer solchen Stelle der Kesselzüge verbrannt wird, daß damit die Frischdampf bzw. Zwischenüberhitzungstemperatur beeinflußt und auf diese Weise der Wirkungsgrad des Kraftwerkes zusätzlich verbessert wird.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die Möglichkeit geschaffen, Rest- und Abfallstoffe sowie heizwertarme bzw. ballastreiche Brennstoffe in einem konventionellen, fossil, insbesondere mit Kohle oder Heizöl befeuerten Kraftwerk einzusetzen, mit diesen Abfallstoffen eine äquivalente Menge des Hauptbrennstoffes zu substituieren, dabei niedrige spezifische Investitionskosten einzuhalten und Wirkungsgrade der Strom- bzw. Wärmebereitstellung zu erzielen, wie sie in modernen, fossil beheizten Großkraftwerken üblich sind. Insbesondere bieten die erfindungsgemäßen Lösungen eine technisch und wirtschaftlich besonders vorteilhafte Möglichkeit, ein bestehendes Kraftwerk oder Heizkraftwerk auf Kohle oder Heizölbasis für die thermische Verwertung von regional anfallenden Rest- und Abfallstoffen, insbesondere von kommunalem Müll nachzurüsten und dabei seinen Wirkungsgrad gegebenenfalls noch zu verbessern.

Im weiteren wird die Erfindung an einer Figur und einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Das Ausführungsbeispiel betrifft die Nachrüstung eines mit Steinkohle gefeuerten 100-MW-Kraftwerksblockes zur thermischen Verwertung des regional anfallenden Rest- und Gewerbemülls mit einer Menge von 80000 t/Jahr. Der Kraftwerksblock ist mit einer konventionellen Rauchgasreinigungsanlage (Entschwefelung, Entstickung) ausgerüstet. Mit Rücksicht auf die Beschaffenheit des zu verarbeitenden Mülls ist die Pyrolyse als thermische Vorbehandlung vor der Vergasungsstufe erforderlich.

Wie die beiliegende Figur zeigt, wird der in Silofahrzeugen zugebrachte Müll zunächst in einen Bunker 1 entleert, um Tages- und Wochenschwankungen des Anfalles ausgleichen zu können. Nach einer Vorzerkleinerung mittels Shredderscheren 2 auf eine Stückgröße von ca. 100 mm wird der Hausmüll einer Pyrolyse 3 aufgegeben, wobei eine Aufheizung auf ca. 500°C vorgenommen wird. Als Pyrolysereaktor dient ein mit heißen Rauchgasen beheiztes Drehrohr. In einer der Pyrolyse nachgeschalteten Abscheidekammer 4 werden die flüchtigen gas- und dampfförmigen Pyrolyseprodukte, das Pyrolysegas, vom festen Rückstand der Pyrolyse, dem Pyrolysekoks, getrennt.

In der vereinfacht dargestellten Kühlung und Kondensation 5 wird das Pyrolysegas auf ca. 60°C gekühlt. Dabei kondensiert ein Öl-Wassergemisch aus, das auch den vom Pyrolysegas aus der Abscheidekammer 4 mitgeführten Reststaub aufnimmt. Das gekühlte Pyrolysegas und das Öl/Wasser-Staub-Gemisch werden mit einem Verdichter 6 bzw. einer Pumpe 7 dem unter einem Druck von 2 bar betriebenen Flugstromvergasungsreaktor 8 zugeführt. Alternativ ist eine Beschränkung der Kühlung auf ca. 90°C möglich, wobei ausschließlich ein öliges Kondensat anfällt und der Vergasung zugeführt wird. Schließlich ist als weitere Möglichkeit die Zuführung des ungekühlten Pyrolysegases einschließlich seines Gehaltes an Öl- und Wasserdämpfen zum Flugstromvergaser gegeben.

Der im Abscheider 4 vom Pyrolysegas getrennte Pyrolysekoks passiert zunächst einen Magnetscheider 9 und einen Wirbelstromscheider 10 zur Abtrennung von Eisen- und Nichteisenmetallfraktionen 25. Der verbleibende Pyrolysekoks wird in der Mühle 11, hier eine Kugelmühle, auf eine Feinheit von kleiner 1 mm gebracht und auf pneumatischem Wege dem Flugstromvergasungsreaktor 8 zugegeben.

Im Reaktionsraum des Vergasungsreaktors 8 werden die zugeführten Pyrolyseprodukte mit Sauerstoff in einer Flammenreaktion umgesetzt. Dabei entsteht ein kohlenwasserstofffreies, brennbares Vergasungsgas mit H₂ und CO als Hauptbestandteilen. Durch Einstellung des Verhältnisses von Sauerstoff zu brennbaren Bestandteilen der Pyrolyseprodukte kann die sich im Reaktionsraum einstellende Vergasungstemperatur beeinflußt werden. Sie wird so gewählt, daß die mineralischen Bestandteile des Einsatzgutes aufgeschmolzen werden. In der Regel sind dazu Temperaturen größer als 1300°C notwendig.

Unter den Bedingungen der Vergasung werden leichtflüchtige, mit den Abfallstoffen eingebrachte Schwermetalle, wie Quecksilber, Cadmium, Thallium, Blei oder Zink verdampft und vom heißen Rohgas aufgenommen. Gleiches gilt für Alkalisalze. Organische Chlorverbindungen werden vollständig umgesetzt. Der entstehende Chlorwasserstoff bleibt im heißen Vergasungsrohgas, gegebenenfalls auch - nach Bindung an überschüssige Alkalien - in Form verdampfter Salze. Charakteristisch ist weiter, daß Schwefelverbindungen im Einsatzgut zu Schwefelwasserstoff umgesetzt werden.

Das bei der Vergasung entstandene und mit Schwermetall- und Salzdämpfen beladene Rohgas und die schmelzflüssige Schlacke gelangen gemeinsam in einen dem Reaktionsraum nachgeschalteten Quenchraum 12, in dem durch Einspritzen von Wasser eine spontane Abkühlung bis auf den vom Druck im Vergasungsreaktor abhängigen Taupunkt des Rohgases erfolgt.

Durch den Kontakt mit Wasser wird gleichzeitig die Schlacke zum Erstarren gebracht, die dabei in ein feinkörniges Schmelzgranulat zerfällt. Es wird über eine Schleuse 13 und eine wassergefüllte Austragswanne 24 ausgetragen.

Beginnend bereits im Quenchraum, weitergeführt in dem nachgeschalteten Venturiwäscher 14 findet eine intensive Wasserwäsche des Rohgases statt. Dabei werden Alkalisalze bzw. noch freier Chlorwasserstoff vom Waschwasser gelöst, während die Schwermetalle unter Einwirkung des Schwefelwasserstoffgehaltes praktisch quantitativ als sulfidischer Schlamm vom Waschwasser aufgenommen werden.

Bei einem Vergasungsdruck von ca. 2 bar verläßt das wasserdampfgesättigte und von Alkalisalzen und Schwermetallen befreite Vergasungsgas den Venturiwäscher 14 mit einer Temperatur von ca. 100°C. Es passiert einen in der Figur nicht dargestellten Wärmetauscher, in dem das nunmehr teilgereinigte Vergasungsgas weiter gekühlt und die Hauptmenge des Sättigungswasserdampfes kondensiert wird.

Das teilgereinigte aber noch schwefelwasserstoffhaltige Gas wird nunmehr dem Dampferzeuger 15 des Kraftwerksblocks zur Verbrennung zugeführt. Das gebildete Verbrennungsabgas mischt sich dem Rauchgasstrom des Dampferzeugers 15 zu und gelangt mit diesen in die Rauchgasreinigungsanlage 16, bestehend aus einer Entschwefelungsstufe mit Kalk als Entschwefelungsmittel und einer katalytisch wirkenden Denoxanlage zur Abtrennung von Stickstoffoxiden. Das gereinigte Rauchgas wird über den Kamin 17 in die Atmosphäre abgestoßen.

Das aus dem Quenchraum 12 und dem Sumpf des Venturiwaschers 14 abgestoßene, mit Salzen und sulfidischen Schwermetallen beladene Waschwasser passiert eine Filterstufe 22, in der der Schwermetallschlamm abgetrennt wird. Ein Teilstrom des gefilterten Wassers wird zusammen mit dem im Wärmetauscher anfallenden Kondensat in den Quench- und Waschkreislauf zurückgeführt. Der Rest geht zur Eindampfstufe 23, in der ein Mischsalz gewonnen wird. Das anfallende saubere Kondensat steht für technologische Zwecke zur Verfügung.

Der Schwermetallschlamm kann grundsätzlich einer Buntmetallhütte zur Verwertung zugeführt werden, da z. B. Zinkgehalte bis zu 8%, Bleigehalte bis zu etwa 2% auftreten können. Alternativ ist für die relativ sehr kleine Menge eine untertägige Deponie möglich. Ähnliches gilt für das Mischsalz aus der Eindampfungsstufe 23.

Das bei der Vergasung anfallende Schmelzgranulat wird als Zuschlagstoff für die Betonherstellung abgesetzt.

Für die Beheizung des Pyrolysereaktors wird aus dem Dampferzeuger 15 ein Rauchgasteilstrom mit einer Temperatur von 700°C entnommen. Die Entnahmestelle liegt dabei zwischen dem Zwischenüberhitzer 19 und dem Speisewasservorwärmer 20.

Nach der Wärmeabgabe in der Pyrolyse wird der Rauchgasteilstrom mit 400°C in den Dampferzeuger, und zwar vor dem Luftvorwärmer 21 zurückgeführt.

Das teilgereinigte Vergasungsgas wird dem Dampferzeuger an mehreren Stellen, in der Figur an zwei Stellen, nämlich im Bereich der Zuführung des Hauptbrennstoffes (Steinkohlenstaub) und zwischen Schottüberhitzer 18 und Zwischenüberhitzerheizflächen 20 zur Verbrennung zugeführt. Die Verteilung auf die einzelnen Brennstellen ist regelbar. Durch diese Regelung läßt sich die Zwischenüberhitzungstemperatur des Dampfes bei unterschiedlichen Lastverhältnissen des Dampferzeugers vorteilhaft beeinflussen und so der Wirkungsgrad des Dampfturbinenprozesses verbessern.

Der dem Ausführungsbeispiel zugrunde liegende 100-MW-Kraftwerksblock wird im Mittellastbereich mit etwa 4500 Vollaststunden im Jahr betrieben, ist jedoch etwa 7000 Stunden im Jahr am Netz. Wegen des relativ gleichmäßigen Anfalls des Mülls werden Pyrolyse und Vergasungsanlage praktisch über die gesamte Betriebszeit von 7000 Stunden pro Jahr mit etwa konstanter Last gefahren und decken einen Grundlastanteil von etwa 8 MW. Über diesen Wert hinausgehende Leistungsforderungen werden über den Hauptbrennstoff Steinkohle gedeckt. Durch den Einsatz des Mülls werden jährlich etwa 20000 t Steinkohle ersetzt. Die anfallende Kesselasche aus der Steinkohlenfeuerung wird durch den Mülleinsatz nicht beeinflußt, so daß ihre Verwertung in der Baustoffindustrie weiter gesichert ist. Das gleiche gilt für den in der Rauchgasentschwefelungsanlage anfallenden Gips. Eine Ergänzung und Erweiterung der Rauchgasreinigungsanlage war nicht erforderlich.

Die Gefahr der Bildung und der Emissionen von Dioxinen und Furanen aus chlorhaltigen Bestandteilen des Mülls ist ausgeschlossen, weil im Zuge der Vergasung eine vollständige Überführung von Chlorverbindungen aus dem Müll in Chlorwasserstoff bzw. chloridische Salze erreicht wird und diese Komponenten durch den Kontakt des Vergasungsgases mit der wässrigen Waschlösung vor dessen Verbrennung im Kessel ausgewaschen werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur energetischen Verwertung von Rest- und Abfallstoffen sowie heizwertarmen Brennstoffen in einem Dampfkraftwerk für fossile Brennstoffe mit einer auf den Einsatz der fossilen Brennstoffe zugeschnittenen Rauchgasreinigungsanlage, gekennzeichnet durch
die Kombination mit einer thermischen Rest- und Abfallstoffaufbereitung und Vergasungsanlage, wobei die Rest- und Abfallstoffaufbereitung aus einem Pyrolyseprozeß besteht und die Pyrolyseprodukte, wie Pyrolysekoks, Pyrolysegas, Pyrolyseteer, Pyrolyseöl vollständig und Zersetzungswasser zum Teil der Vergasung unterworfen werden und die bei der Aufbereitung abgetrennten grobkörnigen Inertfraktionen ausgehalten werden,
die Vergasung nach dem Prinzip der Partialoxidation im Flugstrom oberhalb der Zersetzungstemperatur von Schadstoffen sowie Kohlenwasserstoffen und des Schmelztemperaturbereiches der mineralischen Bestandteile der Rest- und Abfallstoffe sowie der heizwertarmen Brennstoffe erfolgt und ein brennbares, kohlenwasserstofffreies Vergasungsgas sowie verglastes, eluationsfestes Schlackegranulat erzeugt werden,
das Vergasungsgas einer Wasserwäsche zwecks Teilreinigung des Gases und Abscheidung sowie Granulierung der schmelzflüssigen Schlackebestandteile unterzogen wird, wobei die vom Gas mitgeführten flüchtigen Schwermetalle aus dem Gas abgetrennt und in Form ihrer unlöslichen Sulfide als Schlamm von der Waschflüssigkeit aufgenommen werden,
das teilgereinigte Vergasungsgas einem Dampferzeuger des Kraftwerkes zur Verbrennung, Dampf- und Warmwassererzeugung und Rauchgasreinigung zugeführt wird und unter Nutzung der vorhandenen Rauchgasreinigungsanlage des Kraftwerkes die bei der Verbrennung der vom Vergasungsgas noch mitgeführten Schwefelverbindungen, vorwiegend Schwefelwasserstoff, entstehenden Schwefeloxide und Schadstoffe aus der Verbrennung des fossilen Hauptbrennstoffes zurückgehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fossile Hauptbrennstoff mindestens überwiegend Heizöl ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fossile Hauptbrennstoff mindestens überwiegend Kohle ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilstrom des teilgereinigten Vergasungsgases an einer für die Beeinflussung der Frischdampf- bzw. Zwischenüberhitzungstemperatur geeigneten Stelle des Dampferzeugers zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse indirekt mit einem gasförmigen Heizmedium betrieben wird und das Heizmedium ein aus dem Dampferzeuger abgezweigter Rauchgasstrom zwischen 500 und 1000°C darstellt, der nach Abkühlung auf 200 bis 600°C wieder dem Dampferzeuger zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gas und dampfförmigen Produkte der Pyrolyse ohne Kondensation und Zwischenaufbereitung der Vergasung zugeführt werden.