Verfahren zur Regelung der Temperatur in thermischen Abfallbehandlungsanlagen und Abfallbehandlungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur in thermischen Abfallbehandlunganlagen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 und eine Abfallbehandlunganlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 3.

In derartigen thermischen Abfallbeseitigungsanlagen werden die Abfallstoffe durch Pyrolyse, Verschwelung oder Verbrennung umgesetzt. Die Umsetzungsprodukte sind zum einen Teil gasförmig und zum anderen Teil fest. Zur Erreichung einer möglichst vollständigen Umsetzung ist die Einhaltung bestimmter Reaktionstemperaturen erforderlich. Die Wärme zur Aufheizung des zu beseitigenden Abfallstromes von der Eintrittstemperatur bis zur Reaktionstemperatur und für die Zersetzungreaktion stammt überwiegend aus dem zu beseitigenden Abfallstrom selbst. Auf die Zufuhr von Hilfsenergien kann in der Regel verzichtet werden.

In ungünstigen Betriebsphasen kann aufgrund der Beschaffenheit des zu beseitigenden Abfallstroms die Freisetzung von Reaktionswärme geringer sein, als zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Reaktionstemperatur erforderlich ist. In diesen in der Praxis zuweilen auftretenden ungünstigen Betriebszuständen muß Fremdenergie zugeführt werden. Die Zufuhr von Fremdenergie erfolgt dabei z.B. durch den Einsatz eines oder mehrerer sogenannter Stützbrenner. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung, der ein fester Brennstoff z. B. Kohle, brennbare Flüssigkeiten wie Heizöl oder brennbare Gase wie Erdgas, zugeführt werden. In der Regel führen diese Stützbrenner auch den zur Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen Sauerstoff, meist in Form von Verbrennungsluft zu. Die Luftzufuhr kann dabei auch mit einem Luftüberschuß erfolgen, der die Umsetzung des zu beseitigen Abfallstromes begünstigt. Derartige Stützfeuerungen erfordern den Einsatz von verhältnismäßig teuren fossilen Brennstoffen.

Der zu beseitigende Abfallstrom ist hinsichtlich seiner Struktur ausgesprochen heterogen. Die Zusammensetzung insbesondere der Gehalt an brennbaren Stoffen und an Wasser und damit auch der Heizwert des zu beseitigenden Abfallstroms schwankt. Es ist bekannt, durch geeignete Verfahrenstechniken aus Abfall heizwertreiche Fraktionen abzusondern und zu Granalien zu verarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße thermische Abfallbeseitigung so zu gestalten, daß außerhalb von An- und Abfahrvorgängen auf primäre Energieträger verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in dem Anspruch 3 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung wird der thermischen Abfallbehandlung für die im Bedarfsfalle notwendige Stützfeuerung ein kostengünstiger Brennstoff zur Verfügung gestellt, der außerdem einen Beitrag zur Schonung der Ressourcen fossiler Brennstoffe leistet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

das Schema eines Verfahrens zur thermischen Abfallbeseitigung,

Fig. 2

den Verbrennungsraum einer thermischen Abfallbeseitigungsanlage und

Fig. 3

den Schnitt durch eine Muffel zum Eintragen des Brennstoffes.

In einem Reaktionsraum 1 werden Abfallstoffe unter Zusatz von Verbrennungsluft umgesetzt. Dabei können die Abfallstoffe einer Pyrolyse, einer Verschwelung oder einer Verbrennung unterworfen werden. Das entstehende Reaktionsgas wird in einem Abhitzekessel 2 gekühlt und anschließend einer Weiterverwendung zugeführt.

Für den Fall, daß die Wärme, die durch die Umsetzung des Abfallstoffes mit der Verbrennungsluft freigesetzt wird, nicht zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur ausreicht, wird die fehlende Wärme durch eine Stützfeuerung aufgebracht. Als Brennstoff für diese Stützfeuerung wird ein aus Abfallstoffen gewonnener Substitutbrennstoff in Staub-, Pulver oder Granulatform eingesetzt.

Der Substitutbrennstoff wird nach der Anlieferung in einer Aufbereitungseinrichtung 3 zur Einstellung der erwünschten Eigenschaften, wie z. B. die Größenverteilung der Granalien oder andere mechanisch-verfahrenstechnische Eigenschaften einem Aufbereitungsschritt z. B. durch Zerkleinerung oder Pelletierung unterworfen. Der so aufbereitete Substitutbrennstoff wird in einem Bunker 4 zwischengelagert.

Der Bunker 4 ist mit einem Austragsorgan 5 wie Förderschnecke oder Zellenradschleuse versehen, das mit einem Zuteiler 6 verbunden ist. Dieser Zuteiler 6 kann als Sendegefäß einer pneumatischen Förderung ausgeführt sein. Ihm kommt die Funktion zu, den Massenstrom bzw. Enthalpiestrom des Substitutbrennstoffes einzuhalten. Der Zuteiler 6 ist über eine Zuführungsleitung 7 mit einer Eintragsvorrichtung 8 verbunden, über die der Substitutbrennstoff getrennt von den Abfallstoffen pneumatisch in den Reaktionsraum 1 eingebracht wird.

Die Menge des eingetragenen Substitutbrennstoffes wird über die Feuerleistung des Reaktionsraumes 1 geregelt. Zu diesem Zweck ist an dem Gasaustritt des Reaktionsraumes 1 ein Temperaturmeßfühler 9 angeordnet. Dieser Temperaturmeßfühler 9 ist über eine Steuerleitung 10 mit dem Zuteiler 6 verbunden und liefert als Sollwert die Information zur Festsetzung des Massenstromes. Ein weiterer Meßfühler kann als Thermometer oder als ein insbesondere bildgebendes Thermographiesystem 11 zur Überwachung der Reaktionsbedingungen im Reaktionsraum 1 ausgebildet sein. Eine entsprechende Regelung, die auf den Zuteiler 6 einwirkt, bewirkt, daß der Istwert des Massenstromes bzw. des Enthalpiestromes des Substitutbrennstoffes dem zuvor festgesetzten Sollwert entspricht. In dem Verfahrensschema nicht eingezeichnet sind die Instrumentierungen, die die relevanten Eigenschaften des zu beseitigenden Abfallstoffstromes, des in den Reaktionsraum 1 eingebrachten Verbrennungsluftstromes oder die Eigenschaften des eingesetzten Substitutbrennstoff-Stromes bestimmen und die ebenfalls auf die Steuerung des Zuteilers 6 einwirken.

Sofern die Eintragsvorrichtung 8 für den Substitutbrennstoff nicht mit einer eigenen Zündvorrichtung versehen ist, wird die Dosierung des Substitutbrennstoffes über eine Steuerung erst dann freigegeben, wenn in dem Reaktionsraum 1 die Bedingungen für eine Selbstzündung des Substitutbrennstoffes vorliegen.

Wird in dem Reaktionsraum 1 eine Verbrennung der Abfallstoffe durchgeführt, so kann der Reaktionsraum 1 als Wirbelschichtreaktor, als Drehrohrofen oder als Feuerungsrost ausgebildet sein. In der Fig. 2 ist eine Müllverbrennungsanlage dargestellt, die einen aus Rostwalzen 12 gebildeten Walzenrost und einen darüber liegenden Verbrennungsraum 13 aufweist. Der zu beseitigende Abfallstrom erreicht den Verbrennungsraum 13, der den Reaktionsraum der thermolytischen Umsetzung darstellt, über einen Aufgabetrichter 14 und einen Schubförderer 15. Die Abfallstoffe bilden auf dem Walzenrost ein Bett 16, das durch die Rotation der Rostwalzen 12 durch den Verbrennungsraum 13 hindurch bewegt wird. Ein Teil der zur Umsetzung erforderlichen Verbrennungsluft wird durch Unterwindkanäle 17 unterhalb des Walzenrostes dem Verbrennungsraum 13 zugeführt. Die restliche Verbrennungsluft wird als Sekundärluft dem Verbrennungsraum 13 und/oder der sich an den Verbrennungsraum 13 anschließende Nachverbrennungszone 18 eingeblasen. Der Nachverbrennungszone 18 ist ein nicht gezeigter Abhitzekessel nachgeschaltet. Der zu beseitigende Abfallstrom erreicht nach der vollständigen Umsetzung den Abwurf 19 und wird dort aus dem Verbrennungsraum 13 entfernt.

Die Eintragsvorrichtung 8 kann aus einer Lanze 20 bestehen, über die der Substitutbrennstoff pneumatisch in den Verbrennungsraum 13 eingebracht wird. Die Lanze 20, die in der Fig. 2 nur schematisch dargestellt ist, kann in der Decke 21 des Verbrennungsraumes 13 angebracht sein. In dieser Einbauposition wird der Energieeintrag aus dem Substitutbrennstoff auf den vorderen Teil des auf dem Walzenrost liegenden Bettes 16 zugeführt. Außer in der Decke 21 kann die Eintragsvorichtung in der Rückwand 22, oder wie durch die Linienzüge 8a angedeutet in, den Seitenwänden des Verbrennungsraumes 13 angeordnet sein.

Die Lanzen 20 können zur Steigerung ihrer Lebensdauer aus warmfesten Materialien ausgeführt, mit einer Doppelmantelwasserkühlung versehen oder mit einem Mantelrohr unter Verwendung sogenannter Schleierluft ausgerüstet sein. Diese Schleierluft kann die sonst üblicherweise eingesetzte Sekundärluft, ganz oder teilweise ersetzen. Zur Minderung der Geschwindigkeit des Substitutbrennstoffes bei dem Austritt aus der Lanzenmündung kann die Lanze 20 mit einem Mundstück versehen werden, welches in der Form eines Diffusors ausgebildet ist.

Die Lanze 20 kann mit der Seiten- oder Rückwand 22 oder der Decke 21 des Verbrennungsraumes 13 bündig abschließen oder auch in den Verbrennungsraum 13 hineinragen. Die Richtung des Austrittsgeschwindigkeitsvektors des Substitutbrennstoffes kann gegenüber der Normalen der Wand oder der Decke 21 um einen Winkel geneigt sein. Dies ist zweckmäßig, wenn der mögliche Einbauort von dem Ort räumlich entfernt ist, an dem die Zusatzenergie durch den Substitutbrennstoff eingebracht wird. Außerdem erlaubt eine gewinkelte Anstellung der Lanze 20 eine Optimierung des Verfahrens.

Die zur Steuerung des Zuteilers 6 erforderlichen Informationen zur Temperatur oder anderer Eigenschaften der Reaktionsbedingungen im Verbrennungsraum 13 werden durch ein Thermographiesystem 11 oder einen Temperaturfühler 9 in der Nachverbrennungszone 18 gewonnen.

Die Eintragsvorrichtung 8 für den granulatartigen Substitutbrennstoff kann auch gemäß Fig. 3 als Muffel 23 ausgebildet sein. Die Muffel 23 weist einen Drallkopf 24 auf, in den die Lanze 20 eintaucht. Der Drallkopf 24 ist über einen als Diffusor ausgeführten Kanal 25 mit einer Mischkammer 26 verbunden, die alle in der gleichen Achse angeordnet sind. Die Mischkammer 26 ist zylindrisch ausgebildet und feuerfest ausgeführt. Sie erweitert sich zum Austrittsende hin diffusorartig. Dem Drallkopf 24 wird Luft zur Verdünnung der Volumenkonzentration des Substitutbrennstoffes über eine angeschlossene, mit einer Absperr- oder Regelklappe 27 versehene Luftleitung 28 zugeführt werden. Dies erlaubt insbesondere, daß der Substitutbrennstoff über einen Schneckenförderer dem Drallkopf 24 zugeführt werden kann. Die dem Drallkopf 24 tangential zugeführte Luft verläßt gemeinsam mit dem Substitutbrennstoff den Drallkopf 24 über den diffusorartigen Kanal 25. Dadurch wird eine gute Vermischung von Substitutbrennstoff und Luft erreicht und das Niveau der Geschwindigkeit abgesenkt. In der Mischkammer 26 kann sich das Substitutbrennstoff-Luftgemisch durch Einwirkung der im Verbrennungsraum 13 herrschenden Strahlungsbedingungen selbst entzünden. An dem Muffelende sind radial-axiale Bohrungen 29 vorgesehen, durch die Luft über eine weitere, ebenfalls mit einer Absperr- oder Regelklappe 27 versehene Luftleitung 30 zugegeben wird. Diese Luft tritt als Kühlluftschleier in Richtung Muffelende aus und schützt die Muffel 23 vor übermäßiger Erhitzung.