DE4436389A1

DE4436389A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung von NO¶x¶-Emissionen

Info

Publication number: DE4436389A1
Application number: DE19944436389
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Schopf
Original assignee: Saacke & Co KG GmbH
Current assignee: Saacke & Co KG GmbH
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2014-10-13
Also published as: DE4436389C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung von NO_x-Emissionen sowie ggf. Dioxin- und/oder Furan-Emis sionen beim Verbrennen von Abfall- und/oder Brennstoffen insbesondere von Abfall- und/oder Brennstoffen mit hohem Anteil an organisch gebundenem Stickstoff, sowie ein Ver fahren zur Reduzierung von NO_x-Emissionen sowie ggf. Dioxin- und Furan-Emissionen beim Verbrennen von Abfall- und/oder Brennstoffen, insbesondere von Abfall- und/oder Brennstoffen mit hohem Anteil an organisch gebundenem Stickstoff.

Abfallstoffe aus der chemischen Grundstoffproduktion sowie bestimmte Brennstoffe enthalten häufig hohe Anteile an organisch gebundenem Stickstoff, der bei der Verbrennung zu entsprechend hohen NO_x-Emissionen führt. Bei Vorhanden sein von Chlor- und/oder anderen Fluorverbindungen ist die Bildung von Dioxinen und/oder Furanen möglich.

Bei herkömmlichen Primärmaßnahmen wird Luft in einstufiger Fahrweise zugeführt und der Abfall- und/oder Brennstoff bei Temperaturen von 1200 bis 1300°C verbrannt. Nach all gemeiner Auffassung reicht eine derartige Primärmaßnahme jedoch nicht aus, um eine NO_x-Reduzierung zu liefern, die den Bestimmungen der 17. BImSchV entspricht. Es muß daher i. a. ein Katalysator zur NO_x-Reduzierung sowie ggfs. ein sog. "Polizeifilter" z. B. auf Aktivkohlebasis zur Abschei dung von Dioxinen und/oder Furanen nachgeschaltet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit denen sich als reine Primärmaßnahme eine deutliche Reduzierung von NO_x-, Dioxin- und Furan-Emissionen gegenüber den herkömmlichen primärmaßnahmen erzielen läßt, so daß zumindest eine nachgeschaltete Entstickungsstufe nicht mehr notwendig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine erste Verbrennungsstufe, in der der Abfall- und/oder Brennstoff unterstöchiometrisch bei einer Temperatur von 1400 bis 1700°C verbrannt wird, und eine zweite Verbrennungsstufe, die Einrichtungen zum Zuführen von Verbrennungsluft für einen Ausbrand und ggf. zum Beimischen von rezirkuliertem Rauchgas aufweist, in der der Ausbrand überstöchiometrisch bei einer Temperatur von unter 1300°C stattfindet.

Diese Aufgabe wird zudem bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß es umfaßt

- in einer ersten Verbrennungsstufe eine unterstöchiome trische Verbrennung bei einer Temperatur von 1400 bis 1700°C und
- in einer zweiten Verbrennungsstufe ein Zuführen von sekundärer Verbrennungsluft, ggf. Beimischen von rezir kuliertem Rauchgas und ein überstöchiometrisches Aus brennen bei einer Temperatur von unter 1300°C.

Vorzugsweise beträgt die Luftzahl λ in der ersten Verbren nungsstufe 0,6 bis 0,99.

Bevorzugt beträgt die Luftzahl λ in der ersten Verbren nungsstufe 0,7 bis 0,9.

Weiterhin beträgt die Verbrennungstemperatur in der ersten Verbrennungsstufe bevorzugt 1500 bis 1600°C.

Ferner beträgt die Luftzahl λ in der zweiten Verbrennungs stufe bevorzugt 1,1-1,2.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die erste Verbrennungsstufe einen Brenner in Form ei nes Drallbrenners aufweist. Die Wahl des Brenners hängt vom Aggregatzustand und Heizwert des Abfall- und/oder Brennstoffes ab. So wird bei niederkalorigen, flüssigen Stoffen ein Drallbrenner verwendet, da sich damit eine stabile Flamme auch bei niedrigen Heizwerten erzielen läßt.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung zusätzlich eine der ersten Verbrennungsstufe vorgeschalte te Aufbereitungsstufe zum Vergasen stückiger Abfall- oder Brennstoffe umfaßt.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Aufbereitungsstufe einen Rost umfaßt.

Günstigerweise ist der Rost ein kontinuierlich arbeitender Rost.

Die Verfahrensunteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß bei einer zweistufigen Fahrweise gemäß der Erfindung, bei der in der ersten Verbrennungsstufe die N_org-Gruppen über Zwischenprodukte (NH_{i . . .}) in N₂ umgewandelt werden und in der zweiten Stufe durch Beimischen von Rauchgas eine Temperaturabsenkung bewirkt wird, die die Bildung von thermischem NO in der Ausbrandzone verhindert, wodurch die Emissionswerte und Staubkonzentration gegenüber der einstufigen Fahrweise deutlich reduziert werden. Darüberhinaus können die Betriebskosten wegen geringerer Stützbrennstoffmengen erheblich gesenkt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung von Versuchsergebnis sen bei Variation der Luftzahl λ für die Primär verbrennung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der eine Aufbereitungsstufe 24 mit einem Brenner 10 (zum An fahren) und einem Vergasungsraum 12, eine erste Verbren nungsstufe 14 mit einem Verbrennungsraum 16, eine zweite Verbrennungsstufe 18 mit einer Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft 20 sowie einer Einrichtung zum Beimi schen von rezirkuliertem Rauchgas 22 und nachgeschaltete Elemente (zur Rauchgaswäsche und/oder Staubabscheidung und Energieausnutzung) hintereinander angeordnet sind.

Die Aufbereitungsstufe 24 umfaßt einen Rost 26, auf dem ein stückiger Abfallstoff im Vergasungsraum 12 vergast wird, wobei Brenngase, die in den Verbrennungsraum 16 ge führt werden, und Asche entstehen, die am Rost 26 ausge schleust wird. Der Rost 26 ist ein kontinuierlich arbei tender Rost, wodurch eine Variation der Luftzuführung mög lich ist. Durch eine örtlich unterschiedliche Luftzahl, d. h. am Anfang z. B. 0,1 und am Ende z. B. 2, wodurch sich am Rost in der Summe eine Luftzahl von 0,3 bis 0,6 (vorzugsweise 0,4 bis 0,5) ergibt, wird ein kompletter Ausbrand der Asche möglich. In dem Verbrennungsraum 16 werden die Brenngase unterstöchiometrisch (Luftzahl λ = 0,6 bis 0,99) bei einer hohen Temperatur (T = 1400 bis 1700°C) (falls erforderlich mittels eines weiteren Bren ners 10) verbrannt. In der zweiten Verbrennungsstufe 18 wird dem Prozeß über die Einrichtung 20 Verbrennungsluft zugeführt und über die Einrichtung 22 rezirkuliertes Rauchgas beigemischt. Die nachgeschalteten Elemente 26 dienen vor allem der Energieausnutzung. Je nach Brennstoff ist eine Staubabscheidung zur Einhaltung des Emissions grenzwertes und eine Rauchgaswäsche notwendig.

Tabelle 1

Brennstoffzusammensetzung und Brennstoffdaten einer Polymerlösung

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für Meßergebnisse, die mit ei ner Polymerlösung in einer aus der Tabelle 1 ersichtlichen Zusammensetzung in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt wurden. Auf der linken Ordinate ist der NO_x-Gehalt in mg/m³ bei 11% O₂, auf der rechten Seite die Temperatur bei der ersten Verbrennungsstufe in °C in Abhängigkeit von der Primärluftzahl λ dargestellt. Deutlich ist zu erken nen, daß die NO_x-Kurve ein Minimum bei λ in der Größenord nung von 0,75 aufweist. Die Temperaturkurve weist ein Ma ximum auf, das bei λ ungefähr 0,9 liegt. Der Bereich zwi schen den beiden Schnittpunkten der Kurven ist der für die Verfahrensführung optimale Bereich.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede nen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Brenner
12 Vergasungsraum
14 erste Verbrennungsstufe
16 Verbrennungsraum
18 zweite Verbrennungsstufe
20 Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft
22 Einrichtung zum Beimischen von rezirkuliertem Rauchgas
24 Aufbereitungsstufe
26 Rost

Claims

1. Vorrichtung zur Reduzierung von NO_x-Emissionen sowie ggf. Dioxin- und/oder Furan-Emissionen beim Verbrennen von Abfall- und/oder Brennstoffen, insbesondere von Abfall- und/oder Brennstoffen mit hohem Anteil an organisch gebun denem Stickstoff, gekennzeichnet durch

- eine erste Verbrennungsstufe (14), in der der Abfall- und/oder Brennstoff unterstöchiometrisch bei einer Tem peratur von 1400 bis 1700°C verbrannt wird, und
- eine zweite Verbrennungsstufe (18), die Einrichtungen zum Zuführen von Verbrennungsluft (20) für einen Aus brand und ggf. zum Beimischen von rezirkuliertem Rauch gas (22) aufweist, in der der Ausbrand überstöchiome trisch bei einer Temperatur von unter 1300°C stattfin det.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl λ in der ersten Verbrennungsstufe 0,6 bis 0,99 beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl λ in der ersten Verbrennungsstufe bevor zugt 0,7 bis 0,9 beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungstemperatur in der ersten Verbrennungsstufe bevorzugt 1500 bis 1600°C beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl λ in der zweiten Verbrennungsstufe bevorzugt 1,1-1,2 beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbrennungsstufe (14) einen Brenner (10) in Form eines Drallbrenners auf weist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine der ersten Verbrennungsstufe (14) vorgeschaltete Aufbereitungsstufe (24) zum Vergasen stückiger Abfall- oder Brennstoffe um faßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungsstufe (24) einen Rost umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost ein kontinuierlich arbeitender Rost ist.

10. Verfahren zur Reduzierung von NO_x-Emissionen sowie ggf. Dioxin- und Furan-Emissionen beim Verbrennen von Abfall- und/oder Brennstoffen, insbesondere von Abfall- und/oder Brennstoffen mit hohem Anteil an organisch gebundenem Stickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl in der ersten Verbrennungsstufe 0,6 bis 0,99 beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl in der ersten Verbrennungsstufe bevorzugt 0,7 bis 0,9 beträgt.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Verbrennungstemperatur in der ersten Verbrennungsstufe bevorzugt 1500 bis 1600°C beträgt.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Luftzahl in der zweiten Ver brennungsstufe bevorzugt 1,1-1,2 beträgt.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in der ersten Verbrennungsstufe die Luftzahl in Abhängigkeit vom Heizwert des Brenn- und/ oder Abfallstoffes eingestellt wird, um eine im Hinblick auf die Reduzierung von NO_x-, Dioxin- und/oder Furan-Emis sionen optimale Temperatur zu erreichen.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in der ersten Verbrennungsstufe die Verweilzeit zwischen 0,5 und 1 Sekunde gewählt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit in Abhängigkeit vom Strömungsverhalten in dem Verbrennungsraum gewählt wird.

18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in der zweiten Verbrennungsstufe die Verweilzeit ca. 2 Sekunden gewählt wird.

19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Typ des/der Brenners/Brenner in Abhängigkeit vom Aggregatzustand und Heizwert des Ab fall- und/oder Brennstoffes gewählt wird.

20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zum Verbrennen stückiger Abfall und/oder Brennstoffe vor der ersten Verbrennungsstufe eine Aufbereitungsstufe vorgeschaltet ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufbereitungsstufe vorzugsweise ein Rost gewählt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost kontinuierlich betrieben wird.