Die Erfindung betrifft einen Mehrzugkessel zur Kühlung bzw. zur Kühlung und gleichzeitigen Reinigung eines Rauchgases nach den Merkmalen des Oberbegriffes des ersten

Patentanspruches.

Die Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo dem Feuerrost einer Verbrennungsanlage bevorzug für Müll ein Mehrzugkessel nachgeschaltet ist, in den die Abgase der Feuerung eingeleitet werden.

Mehrzugkessel von Müllverbrennungsanlagen weisen mehrere Züge auf, durch die das Rauchgas zu seiner Abkühlung und Reinigung geleitet wird. Die Abgase der Müllfeuerung werden üblicherweise mit Sekundärluft vermischt und brennen innerhalb von Sekunden im ersten Zug aus. Das ausgebrannte Rauchgas wird am oberen Ende des ersten Zuges in einen zweiten Zug umgelenkt. Im ersten und zweiten Zug gibt das Rauchgas einen Teil seiner Wärme durch Strahlung an die Kesselwände ab. Im zweiten Zug befindet sich in der Regel eine Umlenkung in einen dritten Zug. In dieser Umlenkung wird ein Teil der

Aschepartikel, die bis dahin von der Strömung mitgenommen wurden, aufgrund von

Schwerkraft und Trägheit abgeschieden und über eine Öffnung in einen Trichter, den sogenannten Aschetrichter, ausgetragen. Sowohl im zweiten als auch in weiteren Zügen können sich Wärmeüberträger oder Verdampfer oder Überhitzer befinden, über deren Heizflächen Wärmeenergie an das im Inneren befindliche Medium abgegeben und abgeführt wird. Ein gattungsgemäßer Mehrzugkessel ist beispielsweise in DE 10 2008 027 740 A1 beschrieben. An den im zweiten Zug angeordneten Überhitzern oder Wärmetauschern entsteht Hochtemperaturkorrosion. Diese wird ausgelöst durch die Ablagerung von Alkalien haltiger Asche aus einem Rauchgas mit Temperaturen oberhalb von 400°C auf Heizflächen, die eine Materialtemperatur ebenfalls oberhalb von 300°C haben. Die Korrosionsrate ist abhängig von der Rauchgastemperatur, der Materialtemperatur und der

Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases. Generell gilt, dass die Korrosionsrate mit steigender Strömungsgeschwindigkeit und steigender Materialtemperatur sowie steigenden Konzentration von Halogenverbindungen im Rauchgas und der Asche zunimmt.

Zur Begrenzung der Korrosionsraten werden die besonders gefährdeten Überhitzer aus niedrig legierten Stählen auf Materialtemperaturen von ca. 430 °C begrenzt. Überhitzer mit gecladdeten Oberflächen erreichen Materialtemperatur bis zu 460°C.

Zur Reduzierung von Ammoniak-Schlupf der SCR sowie als alleinige Einrichtung zur Reduktion von Stickoxiden werden High-Dust SCR Katalysatoren in einem

Temperaturbereich von unterhalb 400 °C eingesetzt, da sonst die Verschmutzung mit

|Bestätigungskopie| angelagerter Asche nicht zu beherrschen ist. Diese Katalysatoren können in Form von Platten im Kesselraum angeordnet sein. Durch Ablagerung von Aschepartikel aus dem Rauchgas können sich auf ihrer Oberfläche Beläge bilden. Die Beläge auf dem Katalysator isolieren diesen vom Rauchgas und können ihn somit unbrauchbar machen. Erst unterhalb von 400 °C sind die Beläge so strukturiert, dass sie aus den Kanälen des Katalysators mittels Dampfblasens entfernt werden können. Hierdurch ist der Einsatz des Katalysators auf Temperaturen unterhalb von 400 °C begrenzt.

Durch das Auftreten hoher Korrosionsraten ist die Standzeit der Überhitzer begrenzt.

Weiterhin hat die Belagsbildung einen geringeren Wärmeübergang am Überhitzer zur Folge, was zu einer größeren Dimensionierung desselben führt. Die Reinigungen durch

Reinigungseinrichtungen müssen daher in regelmäßigen Zeitabständen diskontinuierlich durchgeführt werden. Grobe und verbundene Ascheteile führen zu Anbackungen am

Überhitzer, die entfernt werden müssen.

Wird zur Entstickung des Rauchgases eine SNCR (Selektive Nicht-Katalytische Entstickung) verwenden, so kann bei hohem Ammoniakschlupf die Notwendigkeit entstehen, einen Schlupfkatalysator zur Reduktion des Ammoniakschlupfs einzusetzen.

Ein hoher Verschmutzungsgrad der Heizflächen führt weiterhin dazu, dass die Temperaturen im ersten und zweiten Zug nicht immer optimal sind, so dass die nicht-katalytische

Reduktion der Stickoxide nicht effizient abläuft. Damit ist mit keiner optimalen

Abscheideleistung zu rechnen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen Mehrzugkessel zu entwickeln, in dem die Oberflächen von Überhitzer und Wärmetauscher kontinuierlich weitestgehend korrosionsfrei gehalten werden, wobei vorhandene Katalysatoren über die Betriebsdauer wirksam bleiben sollen.

Diese Aufgabe wird durch einen Mehrzugkessel zum Reinigen und Kühlen eines

Rauchgases einer Müllverbrennungsanlage nach den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.

Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht einen Mehrzugkessel zum Reinigen und Kühlen eines Rauchgases, vorzugsweise für eine Müllverbrennungsanlage, vor, bei dem ein erster Zug eine untere Öffnung aufweist, in die das Rauchgas eingeleitet wird, wobei das Rauchgas den ersten Zug über eine Umleitung im oberen Bereich des ersten Zuges verlässt und in einen zweiten Zug gelangt. In diesem zweiten Zug sind ein Überhitzer und ein

Wärmetauscher angeordnet. In den weiteren Zügen, insbesondere in einem vierten Zug, können Katalysatoren, z. B. in Form von Platten, angeordnet sein. Im unteren Bereich des zweiten Zuges befindet sich ein Boden, durch dessen Form eine Entnahme von Kugeln oder runden Körpern begünstigt wird. Das kann ein Trichter mit einer unteren Öffnung sein.

Weiterhin wird das Rauchgas nach dem zweiten Zug weiter nach oben umgeleitet, wobei sich nach Abkühlung Asche und Feinstaub absetzt, die durch den Aschetrichter ausgetragen werden. Das Umleiten des Rauchgases erfolgt in einen aufsteigenden Kanal. Dieser kann in einem Winkel der Kesselwand angeordnet sein. Der aufsteigende Kanal entspricht dem dritten Zug, der durch eine Wand vom zweiten Zug getrennt ist. Das Umleiten des

Rauchgases über das untere Ende der senkrechten Trennwand erfolgt vom zweiten zum dritten Zug.

Erfindungsgemäß ist zumindest im zweiten Zug des Kessels eine sich langsam nach unten bewegende Schüttung aus kugelförmigen Teilen angeordnet, die durch eine untere Öffnung des Bodens wie des Trichters zusammen mit Asche und Feinstaub entnommen wird, wobei die Zugabe der kugelförmigen Teile durch eine obere Öffnung erfolgt. Diese obere Öffnung kann in der Decke, also der oberen Begrenzung des zweiten Zuges, angeordnet sein.

Die Zugabe kann aber auch durch eine Öffnung in den aufsteigenden Kanal, oder durch eine seitliche Öffnung im zweiten Zug erfolgen. Denkbar ist auch eine Ausführungsvariante, nach der die Zugabe der kugelförmigen Teile sowohl auf die eine als auch auf die andere Weise erfolgt.

Bei der Schüttung kann es sich um eine Kugelschüttung handeln, wobei die Kugeln kreisrunde Kugeln, ovale Kugeln oder andere runde Schüttungsteile darstellen können. Ebenfalls können Polyeder zum Einsatz kommen, deren Form einer Kugelform angenähert ist.

Vorteilhaft ist es, als kugelförmige Teile Keramikkugeln oder Kugeln aus einem anderen korrosionsbeständigen Material wie Stahl zu verwenden.

Bei den Kugeln kann es sich um Kugel mit einem Durchmesser zwischen 5 und 25 mm handeln, die aus einer temperaturschockbeständigen, abriebfesten Keramik bestehen, die über eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügen, z. B. Al ₂ 0 ₃ . Die Wärmeleitfähigkeit kann durch den Zusatz von Siliziumcarbit (SIC) erhöht werden. Die Kugelschüttung kann aus Kugeln mit einem einzigen Durchmesser, z. B. 10 mm, bestehen, aus einem Kugelgemisch mit Kugeln unterschiedlicher Durchmesser, aber auch aus Kugeln in unterschiedlichen Chargen wie 10% 5 mm, 20% 10 mm und 70% 20 mm. Diese Kugelschüttung kann außerdem aus einer Mischung verschiedener Kugelmaterialien bestehen.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Kugeln aus einem Katalysatormaterial bestehen oder mit diesem ganz oder teilweise beschichtet sind, beispielsweise mit Vanadiumpentoxid. Damit wird die Umwandlung von Stickoxid und Ammoniak zu Stickstoff und Wasser begünstigt. In diesem Fall dient das Wanderbett der Kugelschüttung als sich selbst reinigender Wanderbett-Katalysator, der den Ammoniakschlupf des SNCR-Systems

(Selektive Nicht-Katalytische Entstickung, selective non-catalytic reduction of Nitrous oxides) begrenzt. Aufgrund der hohen Betriebstemperatur von etwa 850 Grad Celsius am Eintritt in das Wanderbett, hat der Katalysator einen sehr hohen Effekt bei der Reduzierung des Ammoniakschlupfes.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Entfernung der

Überhitzerheizflächen aus der Rauchgasströmung. Korrosive Bestandteile der Flugasche können keine dichte Schicht auf den Heizflächen formen, da diese permanent durch die Bewegung der Keramikkugeln über die Oberfläche der Heizflächen entfernt werden, während die Schüttung nach unten wandert. Hierdurch kommt es zu einer signifikanten Reduktion der Korrosionsrate am Überhitzer. Diese ist auch durch die

Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase und der damit einhergehenden Erosion beeinflusst. Durch eine Entfernung der Überhitzer aus dem Rauchgas wird dieser Einfluss vollständig beseitigt. Die Wanderung der Schüttung ist unproblematisch, da die

Wandergeschwindigkeit niedrig ist. Diese kann zwischen 1 und 20 Meter pro Stunde liegen. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zwischen der oberen und der unteren Öffnung zur Zugabe und Entnahme der Kugeln der sich nach unten bewegenden Schüttung mindestens eine Fördereinrichtung angeordnet ist. Vorteilhaft können dabei Förderschnecken und

Senkrechtförderer (z.B. Becherwerke) sein. So kann beispielsweise unter dem Aschetrichter und zur Aufgabe der Kugeln jeweils eine Förderschnecke angeordnet sein. Zwischen den beiden Förderschnecken kann ein Senkrechtförder angeordnet sein, der die Kugeln der Schüttung nach oben transportiert.

Vorteilhaft ist es weiterhin, nach der unteren Öffnung des Trichters ein Sieb zum Trennen von Asche und/oder Feinstaub von der Kugelschüttung anzuordnen. Das Sieb muss entsprechend dem Durchmesser der Kugeln eine Maschenweite aufweisen, dass die Kugeln auf dem Siebbelag zurückbleiben, während die Asche und der Feinstaub das Sieb als Siebdurchgang verlassen.

Vorteilhaft ist es weiterhin, im zweiten Zug eine Trennwand zum dritten Zug oder zum aufsteigenden Kanal so anzuordnen, dass in diesem Bereich durch diese der Durchmesser des zweiten Zuges reduziert wird, so dass höhere Gasgeschwindigkeiten des Rauchgases entstehen. Diese Trennwand dient gleichzeitig als Umlenkung für das Rauchgas.

Vorteilhaft ist es, die Trennwand an der oberen Kesselwand zwischen dem zweiten Zug und dem aufsteigenden Kanal oder dem dritten Zug anzuordnen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Kesselwand und der Trennwand ein Winkel besteht. Dieser Winkel sollte einen stumpfen Winkel darstellen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn dieser in einem Bereich zwischen 120 und 150 Grad liegt.

Die erfindungsgemäße Lösung weist die folgenden Vorteile auf:

- Durch die Entkopplung der Überhitzer vom Rauchgas kann eine höhere

Überhitzertemperatur erzielt werden, beispielsweise bis 550 Grad Celsius.

- Die Korrosionsrate der Überhitzer ist geringer und damit die Standzeit höher als bei einer konventionellen Ausführung.

Im Wanderbett können deutlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten des

Rauchgases realisiert werden, als innerhalb der Konvektivheizflächen. Hierdurch wird der Wärmeübergang auf das Wanderbett verbessert.

- Durch die Wanderbewegung kommt es zu einer kontinuierlichen Reinigung der

Heizflächen, so dass Reinigungseinrichtungen entfallen.

Durch die Bewegung der Kugeln wird die abgelagerte Asche aufgemahlen und kann leichter aus dem Kessel entfernt werden.

- Durch die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit mittels SiC kann die Baugröße von

Wärmetauscher und Überhitzer verkleinert werden.

Durch die Verjüngung des Querschnitts im zweiten Zug wird eine horizontale

Durchmischung der als Wanderbett funktionierenden Kugelschüttung ermöglicht, die ein Verkleben der Kugeln verhindert.

- Durch die Beschichtung mit einer aktiven Oberfläche / Katalysatormaterial erhält das Wanderbett eine zusätzlich Funktion zu Reduktion der Stickoxidemissionen. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit einen Schlupfkatalysator zu bauen, sollte dies aufgrund der Emissionsgrenzwerte nötig sein.

- Die katalytische Reduktion der Stickoxide ist sehr effizient, das sie bei einer

Temperatur von 650 Grad Celsius bis 850 Grad Celsius in einem optimalen

Temperaturfenster erfolgt.

- Durch das optimale Temperaturfenster kann der Ammoniakschlupf stromabwärts des Katalysators noch einmal deutlich reduziert werden.

- Durch die hohe Effizienz des Katalysators in der Begrenzung des

Ammoniakschlupfes kann die Stöchiometrie von Ammoniak in der SNCR erhöht und damit die Abscheideleistung der SNCR insgesamt verbessert werden.

Im Folgenden soll die Erfindung an zwei Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Figur 1: Schematische Darstellung des Weges des Rauchgases durch einen

erfindungsgemäßen Mehrzugkessel, in dem die Kugelschüttung über die aufsteigende Wand zugegeben wird.

Figur 2: Schematische Darstellung des Weges des Rauchgases durch einen

erfindungsgemäßen Mehrzugkessel, in dem die Kugelschüttung über eine Oberöffnung in der Decke des zweiten Zuges zugegeben wird.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung den Weg des Rauchgases 1 durch den erfindungsgemäßen Mehrzugkessel 2, der vier Züge aufweist. Das Rauchgas 1 gelangt durch eine untere Öffnung 5 in den ersten Zug 3 des Mehrzugkessels 2, wobei das

Rauchgas 1 am oberen Ende des ersten Zuges 3 in den zweiten Zug 4 umgelenkt wird. Die Fließrichtung 19 des Rauchgases ist durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet. Im ersten und im zweiten Zug 3, 4 des Mehrzugkessels 2 wird das Rauchgas 1 von über 1.050 Grad Celsius auf ca. 850 Grad Celsius abgekühlt und trifft im zweiten Zug 4 auf die

Kugelschüttung 6. Diese Kugelschüttung 6 fließt langsam und kontinuierlich durch die Schwerkraft nach unten und wird durch den Trichter 10 aus dem zweiten Zug 4 über die Öffnung 12 ausgetragen. Die Kugelschüttung 6 besteht aus Keramikkugeln, die mit einem Katalysator beschichtet sind. Im zweiten Zug 4 sind ein Überhitzer 8 und ein Wärmetauscher 9 angeordnet. Der Überhitzer 8 stellt einen Überhitzer dar, in dem Heißdampf 21 erzeugt wird. Die Temperatur des Rauchgases 1 sinkt im Bereich des aufsteigenden Kanals 1 1 von 850 auf ca. 650 Grad Celsius. Durch die sich nach unten bewegende Kugelschüttung 6 sind Überhitzer 8 und Wärmetauscher 9 in Keramikkugeln eingebettet, die Wärme übertragen und gewähren, dass der Überhitzer 8 nur indirekt mit dem Rauchgas 1 in Berührung kommt. Weiterhin verhindert die Bewegung der nach unten strömenden Kugelschüttung 6, dass Korrosion durch sich absetzende Ascheteile und Feinstaub 17 entsteht, da die Kugeln der Kugelschüttung 6 aneinander und sowohl am Überhitzer 8 als auch am Wärmetauscher 9 vorbeiströmen. Das Rauchgas 1 strömt zunächst abwärts und gibt Wärme an die

Kugelschüttung 6 ab. Das Rauchgas 1 verlässt die Kugelschüttung 6 durch den

aufsteigenden Kanal 1 1 , der zum dritten Zug 23 führt oder dessen unteres Ende darstellt. Am Austritt des aufsteigenden Kanals 1 1 hat das Rauchgas 1 in etwa eine Temperatur von 650 Grad Celsius. Im Bereich des aufsteigenden Kanals 1 1 ist eine Trennwand 7 im Winkel 22 von 130 Grad zur Kesselwand 16 angeordnet, wobei eine höhere Geschwindigkeit des Rauchgases 1 entsteht, die sich positiv auf die Wärmeübertragung vom Rauchgas 1 auf die Kugeln in der Kugelschüttung 6 auswirkt. Durch die Verkleinerung des freien Querschnitts in der Rauchgasströmung wird auch ein Verkleben der Kugeln in der Kugelschüttung 6 durch abgelagerten Feinstaub und Asche 17 verhindert. Die Kugelschüttung 6, die im zweiten Zug 4 ständig nach unten wandert, gibt ihre weiter oben aufgenommene Wärme des

Rauchgases 1 weiter unten teilweise wieder an die Heizflächen des Überhitzers 8 und des Wärmetauschers 9 ab. Die Kugeln der Kugelschüttung 6 werden im Trichter 10

zusammengeführt, verlassen über die Öffnung 12 den Trichter 10 und werden durch die Fördereinrichtung 15, die eine Transportschnecke darstellt, auf ein Sieb 14 ausgebracht. Dieses Sieb 14 trennt die Kugeln von Asche und Feinstaub 17, der mittels Fördereinrichtung 15 weiter transportiert und deponiert werden kann. Weiterhin fördert eine Fördereinrichtung 15 wie ein Senkrechtförderer im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kugelschüttung 6 zu einer weiteren Transportschnecke, die die Kugeln der Kugelschüttung 6 oberhalb der Trennwand 7 in den aufsteigenden Kanal 1 1 abgibt.

Die Figur 1 zeigt weiterhin das Rauchgas 1 nach Verlassen der Kugelschüttung 6. Dabei gelangt dieses im dritten Zug 23 zu einem weiteren Überhitzer 8 und einem weiteren Wärmetauscher 9 im vierten Zug 24. In diesem vierten Zug 24 ist ein Temperatursensor 20 angeordnet. Nach diesem vierten Zug 24 verlässt das gereinigte Rauchgas 18 den

Mehrzugkessel 2. Unter dem vierten Zug 24 ist als Fördereinrichtung 15 ebenfalls eine Transportschnecke angeordnet, die Asche und Feinstaub 17 abführt.

Die Figur 2 zeigt den erfindungsgemäßen Mehrzugkessel 2 in schematischer Darstellung, wobei die Kugeln der Kugelschüttung 6 in den zweiten Zug 4 durch eine Öffnung 13 in der Decke des zweiten Zuges 4 zugegeben werden. Dazu werden die Kugeln mittels einer Fördereinrichtung 15, die eine Dosierschnecke darstellt, in die Öffnung 13 befördert, so dass die Kugeln in die Kugelschüttung 6 oberhalb der Trennwand 7 gelangen, die eine

Verringerung des Querschnittes des zweiten Zuges 4 und damit einer Erhöhung der Geschwindigkeit des Rauchgases 1 zur Folge hat. Im aufsteigenden Kanal 11 befinden sich nach diesem Ausführungsbeispiel keine Kugeln der Kugelschüttung 6. Die Zugabe der Kugelschüttung 6 durch die Öffnung 13 kann mittels Zellenradschleuse erfolgen.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Rauchgas

2 Mehrzugkessel

3 Erster Zug

4 Zweiter Zug

5 Untere Öffnung des Kessel für das einströmende Rauchgas

6 Kugelschüttung

7 Trennwand

8 Überhitzer

9 Wärmetauscher

10 Trichter

11 Aufsteigender Kanal

12 Öffnungen im Trichter zum Ausschleusen von Kugelschüttung (6) und Asche

13 Öffnung in der Decke des zweiten Zuges (4) zum Einführen der Kugelschüttung (6)

14 Sieb zum Trennen von Asche und Kugeln

15 Fördereinrichtung

16 Kesselwand

17 Asche und Feinstaub

18 Gereinigtes Rauchgas

19 Fließrichtung des Rauchgases

20 Temperatursensor

21 Heißdampf

22 Winkel

23 Dritter Zug

24 Vierter Zug