Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für feste Brennstoffe bereitzustellen, bei dem die Bildung von Stickoxiden. weitgehend vermieden oder zumindest reduziert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung sieht vor, daß einerseits die bisher für flüssige und andere homogene Brennstoffe eingesetzte, gestufte Verbrennung auch für heterogene Brennstoffe wie Abfall oder Biomasse eingesetzt wird, welche zusätzlich zu der Problematik, die durch die Inhomogenität vorgegeben ist, häufig sehr stark mit stickstoffhaltigen Substanzen belastet sind. Dadurch soll die Entstehung von Stickoxid weitgehend vermieden oder völlig unterdrückt werden. Weiterhin soll durch die Zugabe eines geeigneten Katalysators in einen Bereich der Verbrennungsanlage, der in Strömungsrichtung gesehen nicht vor dem Bereich der Verbrennung mit überstöchiometrisch vorhandenem Sauerstoff liegt, erreicht werden, daß einerseits die vorgesehene Luftmenge für die überstöchiometrische Verbrennung von einer ggf. erfolgenden Impulszugabe in der Brennkammer unabhängig ist und andererseits trotzdem genügend Sauerstoff zum Ausbrand der noch unverbrannten Substanzen vorliegt. Der Katalsysator ist dabei in der Lage, nicht-gasförmigen Überschuß-Sauerstoff in Kontaktreaktionen an gasförmige Substanzen abzugeben und sich anschließend auch wieder zu regenerieren.

Durch die Stufung der Luftzugabe wird zunächst erreicht, daß sich im Bereich der Brennkammer der Feststoff nah- bis deutlich unterstöchiometrisch umsetzt (kontrollierte Vergasung durch nah- bzw. unterstöchiometrische Luftzugabe im Primärluftbereich). Dabei wird die Bildung von unkontrollierten Temperaturspitzen im Bereich der Brennkammer unterdrückt. Verfahrensbedingt entstehen dabei größere Mengen an unverbrannten Substanzen (z.B. CO, C_xH_y, Aromaten usw.). Die Vorläufersubstanzen (z.B. HCN, Amine) der Stickoxide zählen ebenfalls zu diesen Substanzen. Bereits entstandenes NO kann in diesem Bereich bei Kontakt mit CO zu CO₂ und N₂ abreagieren, da die Sauerstoffaffinität des Kohlenstoffs größer ist als die des Stickstoffs.

Im nachfolgenden Bereich (dem Übergang der Brennkammer, in der die festen Bestandteile des Brennstoffs brennen, zum sogenannten Feuerraum oder Freibord, in dem vor allem Gase brennen, und ggf. zusätzlich an einer in Rauchgasströmungsrichtung nachfolgenden Stelle) erfolgt eine Einspeisung von weiterer Verbrennungsluft (Sekundär- und evtl. Tertiärluft), um die unverbrannten Substanzen nachzuverbrennen. Hierdurch wird eine überstöchiometrische Atmosphäre geschaffen. Die restlichen unverbrannten Substanzen werden weitgehend abreagiert. Eine deutliche Reduktion der Entstehung von thermischem und promptem NO_x ist die Folge der gestuften Betriebsweise.

Um diese Prozesse zu intensivieren bzw. zu optimieren, werden dem Rauchgas zusätzlich Anteile eines als Feststoff vorliegenden Katalysators hinzugefügt, der vorzugsweise feinteilig ist und/oder eine hohe Oberfläche aufweist. Geeignet sind z.B. ferro-oxidische Katalysatoren, z.B. feindisperses Eisenoxid. Die Zugabe kann zusammen mit der Sekundärluft und/oder ggf. zusätzlich eingedüster Tertiärluft erfolgen. Alternativ kann der Katalysator auch auf anderen Wegen, z.B. mit rezirkuliertem Rauchgas oder mit Dampf, eingeblasen werden. Eine Eindüsung in einen anderen, in Strömungsrichtung weiter hinten liegenden Bereich des Feuerraums bzw. des Kessels bei einer niedrigeren Temperatur ist ebenfalls möglich. Der Fachmann wird die geeignete Variante ohne weiteres unter Berücksichtigung nach den gegebenen Prozeßbedingungen auswählen. Wesentlich ist, daß der Katalysator erst nach einer gewissen Minimal-Verweilzeit des Rauchgases in der Brennkammer bzw. im Feuerraum oder Freibord zum Einsatz kommt, um die oben genannten Reaktionen zur Stickstoffmonoxidreduktion nicht zu behindern. Der Katalysator unterstützt die Verbrennung mit im Überschuß vorhandenem Sauerstoff, so daß sich keine unverbrannten Substanzen durch den Kesselbereich bis in die Rauchgasreinigung bewegen können.

Nach der Brennkammer und dem Feuerraum oder Freibord ist die Menge an Stickoxiden bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens so gering, daß keine weiteren additiven Maßnahmen (z.B. SNCR – selektive nichtkatalytische Reduktion, SCR – selektive katalytische Reduktion) notwendig sind, um die Stickoxide auf ein Maß zu reduzieren, das durch die Genehmigung vorgeschrieben ist. Als weiterer Effekt wird die Neubildung von Dioxinen und Furanen unterdrückt, da die entsprechenden Vorläufersubstanzen für die de-novo-Synthese ebenfalls reduziert werden bzw. die Zersetzung von Dioxinen und Furanen auch in kälteren Regionen des Feuerraums katalytisch ermöglicht wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird dem Rauchgas in der Brennkammer zusätzlich ein Impuls aufgeprägt. Dies kann beispielsweise durch die Aufgabe von rezirkuliertem Rauchgas oder gespanntem Wasserdampf oder ähnlichen Medien durch geeignet angeordnete Düsen erfolgen. Derartige Verfahrensschritte sind beispielsweise aus der DE 196 19 764 A1 der Hoechst AG oder der WO 93/07422 A1 der VAW Aluminium AG bekannt. Durch diese Maßnahme wird Turbulenz unabhängig von der Einbringung zusätzlichen Sauerstoffs erzeugt, wodurch unvollständig verbrannte Substanzen wie CO und NO besser miteinander in Kontakt kommen und zu N₂ und CO₂ abreagieren können. Die Vorläufersubstanzen von Stickoxiden werden in diesem Bereich, der sich durch eine unterstöchiometrische Atmosphäre auszeichnet, ebenfalls in hohem Maße zu N₂ reduziert. Trotzdem noch entstehende Stickoxide können wie voranstehend beschrieben zu N₂ reduziert werden.

Ergänzend kann auch im Übergang von der Brennkammer zum Feuerraum oder Freibord ein zusätzlicher Vermischungsimpuls in die Brenngase eingebrcht werden, beispielsweise durch rezirkuliertes Rauchgas oder Dampf. Auch diese Verfahrensführung ist aus dem Stand der Technik bekannt, siehe z.B.

DE 44 02 172 A1.

Die Zugabe von Primärluft kann so gesteuert werden, daß bestimmte Temperaturziele (z.B. Temperatur unterhalb Ascheerweichungspunkt) im oder auf dem Brennbett eingehalten werden. Diese Temperaturziele können durch geeignete Temperaturmeßeinrichtungen überwacht werden, beispielsweise mit Hilfe einer Infrarotkamera. Ergänzend kann die Gasatmosphäre und insbesondere der Sauerstoffgehalt durch geeignete Meßinstrumente überwacht werden.

Alternativ ist es möglich, den Katalysator auch erst im weiteren Verlauf des Feuerraums bzw. des Kessels dem Rauchgas hinzuzufügen. Der Fachmann wird die geeignete Variante ohne weiteres unter Berücksichtigung nach den gegebenen Prozeßbedingungen auswählen.