Anwendungen von Oxy-Fuel in der thermischen Abfallverwertung
Sauerstoff wird im Rahmen der Abfallverwertung in Verbrennungsprozessen eingesetzt, bei denen höhere Verbrennungstemperaturen, ein verbesserter Ausbrand und/oder eine reduzierte Abgasmenge gefordert sind.
Gerade für thermische Verfahren der Abfallverwertung, die durch Heizwertschwankungen des Brennstoffes einen permanent veränderten Luftbedarf während der Verbrennung aufweisen, bietet der gezielte Sauerstoffeinsatz mit Oxy-Fuel Verfahren eine wirtschaftliche Möglichkeit, den Ausbrand zu optimieren und die Abgaswerte auch bei höheren Durchsatzleistungen einzuhalten.
Klärschlammverbrennung
Wegen diverser Verordnungen darf in der Landwirtschaft immer weniger Klärschlamm als Dünger eingesetzt werden. Daher findet zunehmend die Klärschlammverbrennung in Wirbelschichtöfen statt. Der aus der chemischen Verfahrenstechnik bekannte Einsatz von Sauerstoff zur Verbesserung des Wirkungsgrads bei Oxidationsprozessen wurde in Zusammenarbeit mit Anlagenbetreibern auf die Klärschlammverbrennung übertragen und erfolgreich in den Entsorgungsbetrieb eingeführt.
Um die Leistung bei der Klärschlammverbrennung wesentlich zu steigern, wird Sauerstoff entweder direkt oder durch Anreicherung der Verbrennungsluft in die Feuerung eingetragen. Dies erfolgt unter Berücksichtigung verschiedener Strömungs- und Verbrennungsvorgänge:
- Einhaltung der Fluidisierungsgeschwindigkeiten
- konstante Bett-Temperaturen
- gleichmäßiges Vermischen der Reaktanten
- Wärmesenken und endotherme Reaktionen
Ihr Nutzen:
- Leistungssteigerung / Debottlenecking bestehender Anlagen
- höhere Anlagenflexibilität
- reduzierter spezifischer Primärenergieverbrauch
- niedrigere spezifische Fixkosten
- Einhaltung oder Unterschreitung der Emissionsgrenzwerte
- geringe Investitionskosten bei Alt- und Neuanlagen
- niedrige spezifische Sauerstoffkosten
Für die Sonderabfallverbrennung hat sich der Drehrohrofen mit Nachbrennkammer bewährt, jedoch kann es bei der Sonderabfallverbrennung durch die häufig inhomogene Brennstoffzusammensetzung zu Überlastungen der Anlage und Emissionsüberschreitungen kommen. Ein typisches Beispiel ist die Entsorgung von Gebinden. Die unvollständig verbrannten Komponenten werden selbst in der Nachbrennkammer häufig nicht vollständig umgesetzt und verursachen kurzzeitige Kohlenmonoxid-Emissionsspitzen. Daher werden beim Einsatz von Fassware mit heizwertreichen Abfällen wegen wechselnder feuerungstechnischer Bedingungen die CO-Grenzwerte der TA-Luft bei konventioneller Fahrweise teilweise überschritten.
| Leistungssteigerung durch Sauersoffinjektionen | ohne O2 | mit O2-Zusatz | |||
| Drehrohrofen | Sonderabfall* [kg/h] | 500 | 600 | 700 | 750 |
| Erdgas [m³/h] | 42 | 18 | 18 | 18 | |
| Verbrennungsluft [m³/h] | 1.290 | 1.690 | 1.256 | 1.224 | |
| Temperatur Ausgang [°C] | 881 | 944 | 973 | 1.056 | |
| Sauerstoffinjektion [m³/h] | 0 | 150 | 150 | 200 | |
| Nachverbrennung | Erdgas [m³/h] | 236 | 168 | 168 | 107 |
| Verbrennungsluft [m³/h] | 2.345 | 1.647 | 1.653 | 1.216 | |
| Temperatur Ausgang [°C] | 1.064 | 1.070 | 1.078 | 1.072 | |
| Kamin | O2-Konzentration [Vol.-%] | 13,5 | 14,4 | 14,5 | 14,0 |
| CO-Konzentration [mg/m³] | 25,6 | 15,9 | 22,5 | 10,5 | |
fester Brennstoff mix. Hₘ=15.800 kj/kg