Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallmaterial unter Gewinnung thermischer Energie gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Entgasung als ein thermisches Verfahren zur Energie¬ gewinnung aus Abfall, auch Pyrolyse, Schwelung oder Ver¬ kokung genannt, ist bekannt (vgl. azu Fachzeitschrift Müll und Abfall 12/1978 oder Schweizerisches Patentgesuch Nr. 01 510/94-8, A 10364 CH) . Bei allen auf Entgasung basierenden Verfahren wird der Abfall unter Sauerstoff- ausschluss durch direkte oder auch indirekte Wärmezufuhr erhitzt. Dabei werden die organischen Verbindungen im Abfall instabil; die flüchtigen Bestandteile entweichen, und die nicht flüchtigen werden in Koks umgewandelt.

Die bei der Entgasung entstehenden Schwelgase haben einen hohen Heizwert. Bei einer direkten Verbrennung dieser Schwelgase in den herkömmlichen Nachbrennkammern mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft entstehen sehr hohe, schwer beherrschbare Temperaturen von über 2000°C.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Beherrschung des Temperaturprofils bei der Nachverbrennung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kenn¬ zeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Aus der DE-OS 33 07 848 ist es bekannt, brennba Bestandteile enthaltende Prozessabgase aus der Metalurg in einer zirkulierenden Wirbelschicht nachzuverbrenn und zu reinigen, wobei die Prozessabgase und saue stoffhaltige Gase getrennt in den Wirbelschichtreakt eingeleitet werden, und darin in Gegenwart von Ga reinigunsmittel enthaltendem Feststoff nachverbrannt u gleichzeitig gereinigt werden. Die eingesetzten Prozes abgase haben einen niedrigen Heizwert.

Aus der WO-A-93/18341 ist es bekannt, homogene Bren stoffe wie Kohle, Öl oder Petroleumkoks in zwei getren ten Stufen zu verbrennen. Dabei erfolgt die Verbrennu in beiden Stufen unter Sauerstoffzufuhr. Um die in d ersten Stufe nicht verbrannten Feststoffe, d.h. Kohle stoff und Gase, zu verbrennen, wird in der zweiten Stu ein Sauerstoffüberschuss eingesetzt.

Beim erfindungsgemässen Verfahren handelt es sich Pyrolyse von Abfall, insbesondere Müll, bei welcher w bereits erwähnt bei der Nachverbrennung mit Sauersto sehr hohe Temperaturen entstehen; durch die erfi dungsgemässe Nachverbrennung in einer zirkulierend Wirbelschicht werden optimale und einheitliche Rea tionsbedingungen für die Nachverbrennung geschaffen, eine sehr homogene Temperaturverteilung erreicht wir Gleichzeitig wird eine sehr effiziente Kühlung de heissen Schwelgase erzielt. Die in der Wirbelschich vorhandene Gas-FeststoffStrömung ergibt einen sehr gute Wärmeübergang, was zu einer Verkleinerung der Wärme übertragungsflächen und damit auch des Kessel-Bauvolumen führt. Auch die durch die Nachverbrennung mit Sauerstof erreichte Rauchgasmengenreduktion bewirkt eine Verklei nerung des Bauvolumens des Wirbelschichtreaktors und de nachgeschalteten Aggregate, eine Vergrösserung de

Kesselwirkungsgrades, eine Auf andreduktion für Gas¬ reinigung und eine Herabsetzung der Korrosionsgefahr der Wärmeübertragungsflächen.

Ein Problem bei thermischer Behandlung von Abfall ist die Entstehung von Stickoxiden. Diese können aus Gründen des Umweltschutzes nicht frei an die Umgebung abgegeben werden. Es sind bereits mehrere Verfahren bekannt, so z.B. das SNCR-Verfahren (Selective Noncatalytic Reduction Process), siehe US-PS 3,970,739, bei welchem Stickoxide in Rauchgasen durch Einsprühen einer Ammoniaklösung oder anderer geeigneter Reduktionsmittel, in Gegenwart des ohnehin vorhandenen Sauerstoffs, zu Stickstoff reduziert werden. Das Ammoniak wird dazu üblicherweise an geeigneter Stelle in den Rauchgasstrom eingeleitet. Dabei spielt die Rauchgastemperatur an der Einleitstelle eine grosse Rolle. Sie muss zwischen 700° und 1100°C liegen. Bei zu niedriger Rauchgastemperatur wird ein grosser Ammoniakuberschuss benötigt. Das nichtreagierte Ammoniak im Rauchgas wird als Schlupf bezeichnet und stellt eine Umweltbelastung dar. Bei zu hoher Temperatur verbrennt ein Teil des Ammoniaks. In beiden Fällen ist die benötigte Ammoniakmenge unnötig hoch. Entlang des Rauchgasweges durch Nachbrennkammer und Kessel nimmt die Temperatur der Rauchgase kontinuierlich ab. Das Ammoniak wird an der Stelle optimaler Rauchgastemperatur einge¬ leitet. Dabei stellt sich jedoch das Problem, dass das Rauchgastemperaturprofil vom Betriebszustand der Anlage und vom verbrannten Abfallmaterial abhängt. Das bedeutet, dass auch die Lage der optimalen Einleitstelle vom Betriebszustand der Feuerung abhängt.

Die Ausgestaltung der Nachbrennkammer als zirkulierende Wirbelschicht ermöglicht eine Lösung des Problems der Wahl der Ammoniak-Einleitstelle für die Rauchgasent-

Wicklung. Die zirkulierende Wirbelschicht zeichnet sic neben der Temperaturkonstanz auch durch ein gute Temperaturregelverhalten aus. So kann z.B. der in de Fliessbettkühler umgeleitete Feststoffmengenstro geregelt werden. Dies erlaubt eine Regelung des auch de Nachbrennkammer abgeführten Wärmestroms und damit ein genaue Regelung der Temperatur in der Nachbrennkamme unabhängig vom Betriebszustand der Feuerung in de Pyrolysekammer. Dadurch kann eine feste Ammoniak Einleitstelle gewählt werden, da das Rauchgastemperatur profil in Nachbrennkammer und Kessel nicht mehr vo Betriebszustand der Feuerung abhängt. Dies ermöglich zudem eine Minimierung des Ammoniakverbrauchs zur Stick oxidminderung durch Wahl einer optimalen Temperatur i der Nachbrennkammer und dies unabhängig vom Betriebs zustand in der Pyrolysekammer.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläu tert. Drei Varianten des erfindungsgemässen Verfahren sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden nähe beschrieben.

Es zeigen:

Fig.1 ein Fliessschema einer ersten Verfahrens¬ variante;

Fig.2 ein Fliessschema einer zweiten Verfahrens¬ variante;

Fig.3 ein Fliessschema einer dritten Verfahrens¬ variante.

Gemäss Fig. 1 werden Abfallstoffe in einer an sich bekannten und nicht näher dargestellten Weise in einer Pyrolysekammer 2 einer Entgasung unterzogen. Die Abfall¬ zufuhr ist mit einem Pfeil 1 bezeichnet. Die Abfallzufuhr und die Entgasung kann beispielsweise in der im schweizerischen Patentgesuch Nr.01 510/94-8 (A 10364 CH) beschriebenen Art und Weise erfolgen. Bei der Entgasung entstehende Schwelgase treten in eine Nachbrennkammer 4a ein (der Übergang von Pyrolysekammer 2 zur Nachbrenn¬ kammer 4a ist mit einem Pfeil 3 bezeichnet), die erfindungsgemäss als ein Wirbelschichtreaktor ausgebildet ist. In der Nachbrennkammer 4a werden die als Fluidi- sierungsgase eingesetzten Schwelgase unter Sauer¬ stoffzufuhr (in Fig.1 mit Pfeil 5 angedeutet) nach¬ verbrannt. Als Wirbelschicht-Feststoff kann Kalk, Sand und andere Materialien verwendet werden; in einer bevorzugten Weise kann auch der bei der Pyrolyse anfallende Müllkoks - von Inertstoffen befreit und fein aufgemahlen - in Partikelform in die Wirbelschicht eingetragen und dort mitverbrannt werden.

Die Wände der Nachbrennkammer 4a sind als Kühl- bzw. Wärmeübertragungsflächen ausgestaltet; allenfalls können weitere Wärmeübertragungsflächen direkt in der Wirbel¬ schicht angeordnet werden. Diese Wärmeübertragungsflächen sind in Fig. 1 symbolisch mit 6 bezeichnet.

Der Wirbelschichtreaktor wird mit einer derart grossen Gasgeschwindigkeit betrieben, dass zumindest ein Teil der Feststoffpartikel zusammen mit dem Rauchgasstrom aus der Nachbrennkammer 4a ausgetragen wird. Über eine Leitung 7 in einem Staubabscheider 8 angelangt wird der Feststoff vom Rauchgasstrom getrennt. Der Staubabscheider 8 kann z.B. als ein Zyklon, ein Staubfilter oder als ein Elektrofilter ausgebildet werden. Der abgeschiedene

Feststoff wird über eine Leitung 9 in die Nachbrennkamm 4a zurückgeführt, so dass eine zirkulierende Wirbe schicht entsteht. Die vom Feststoff befreiten u gekühlten Rauchgase strömen über eine Leitung 10 weiteren, nicht dargestellten Rauchgasreinigungs- bz Rauchgaskühlungseinrichtungen, bevor sie in d Atmosphäre gelangen.

Gemäss Fig. 2, in der die aus Fig. 1 bekannten u gleichbleibenden Teile des Fliessschemas mit den gleich Bezugsziffern bezeichnet sind, ist die zirkulieren Wirbelschicht um einen externen Fliessbettkühler 1 erweitert. Dieser erlaubt, einen Teil der Wärmeabfuhr a der Nachbrennkammer 4b auszulagern. Ein Teil des Staubabscheider 8 abgesonderten Feststoffes wird üb Leitung 13 in den Fliessbettkühler 12 umgeleitet, wo in einer stationären Wirbelschicht (Fliessbett) dur direkten oder indirekten Wärmeübergang abgekühlt wi (entsprechende Wärmeübertragungsflächen des Fliessbet kühlers 12 sind mit 15 symbolisch bezeichnet) und dana über eine Leitung 14 erneut in die Nachbrennkammer gelangt. In der Nachbrennkammer 4b nimmt dieser Feststo die Wärme aus den heissen Schwelgasen auf und erwär sich auf die in der Nachbrennkammer 4b herrschen Mischtemperatur. Bei dieser Variante kann auf d zusätzlichen Kühlungsflächen in der Nachbrennkammer verzichtet werden, da der rezirkulierte, im Fliessbet kühler 12 gekühlte Teil des Feststoffes die Kühlung funktion übernimmt.

Ein für den Betrieb des Fliessbettkühlers 12 benötigt Fluidisierungsgas wird dem Fliessbettkühler 12 über ei Leitung 16 zugeführt und oberhalb des Fliessbettes einer weiteren Verwendung wieder abgezogen (Leitung 17).

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante wird der gesamte, vom Rauchgasstrom im Staubabscheider 8 abgesonderte Feststoff durch den Fliessbettkühler 12 geleitet und gekühlt in die Wirbelschicht der Nachbrenn¬ kammer 4c rezirkuliert.

Durch die Verlagerung der ansonsten am stärksten von Korrosionserscheinungen betroffenen Wärmeübertragungs¬ flächen in den Fliessbettkühler 12 (Fig. 2 und 3) wird eine starke Verminderung der Kesselkorrosion erreicht. Im Fliessbettkühler 12 werden die Wärmeübertragungsflächen 15 weniger der Korrosion ausgesetzt, da hier die stark korrosiv wirkenden Rauchgase gar nicht zum Einsatz kommen.

Bei den in Fig. 2 und 3 dargestellten Verfahrungs- varianten wird eine grosse Menge gekühlten Feststoffes in die Wirbelschicht eingetragen, damit die Nachverbrennung der Schwelgase auf niedrigem Temperaturniveau von ca. 900°C durchgeführt werden kann; die mittlere Suspen¬ sionsdichte liegt mindestens bei 20-50 kg/Nm . Wird auf den Fliessbettkühler 12 verzichtet (Variante nach Fig. 1 ) , so muss die Suspensionsdichte der Gas-Feststoff¬ mischung noch wesentlich höher gewählt werden, z.B. 50- 100 kg/Nm ³ , um einen genügenden Wärmeübergang an die als Kessel ausgestalteten Wände des Wirbelschichtreaktors zu gewährleisten.

Bei den in Fig. 2 und 3 dargestellten Verfahrensvarianten kann die Temperatur in der Nachbrennkammer 4b bzw. 4c unabhängig vom Betriebszustand in der Pyrolysekammer 2 genau geregelt werden, indem der Eintrag des im Fliess¬ bettkühler 12 gekühlten Feststoffes geregelt wird. Dies ermöglicht, dass Ammoniak als Reduktionsmittel zur Stickoxidabscheidung in die Nachbrennkammer 4b bzw. 4c

oder in den Staubabscheider 8 bzw. Zyklon optimal ei geleitet werden kann, und dass die Temperatur so gewäh wird, dass die Stickoxidabscheidung mit minimal Ammoniakverbrauch durchgeführt werden kann. Vorzugswei wird der Ammoniak in den Zykloneinlauf eingeleitet.