1.2. Werkingsprincipe

Wervelbedovens steunen op het inblazen van een luchtstroom door een laag zand, zodanig dat het zand wordt opgewerveld. De snelheid van de luchttoevoer wordt voldoende hoog gekozen dat het zand zich niet meer als een vaste stof maar als een fluïdum gedraagt. Aan de hand van schroeven wordt het afval vanuit de bunker bovenaan het wervelbed toegevoerd. Het ondergaat door de turbulentie een intensieve menging met het zand, waarbij een goede warmteoverdracht plaatsgrijpt. De organische fractie van het afval vergast hierdoor en ontbrandt vervolgens. Vliegassen worden met de rookgassen meegevoerd. Bodemassen bezinken in het bed en worden door continue of discontinue zeven uit het zand verwijderd. De efficiënte warmteoverdracht die in het wervelbed plaatsvindt, resulteert in een goede uitbrand. Boven het wervelbed wordt secundaire lucht ingeblazen. De rookgassen worden via de naverbrandingskamer naar de stoomketel gevoerd.

De temperatuur in het wervelbed bedraagt typisch 850-950 °C. Hogere waarden zijn niet mogelijk, door het risico op sinteren en smelten van het zand. De snelheid van de luchtstroom die doorheen het zandbed wordt gejaagd ligt tussen 2-5 m/s. De retentietijd in de verbrandingszone bedraagt minstens 2 seconden. De stoomketel werkt typisch op een temperatuur van 400 of 500 °C en een maximale druk van 5-9 MPa, afhankelijk van het wervelbedtype.

In principe is een wervelbed een goed te sturen reactor, met een snelle responstijd. Dit maakt een nauwkeurige regeling van de temperatuur en een stabiele thermische werking mogelijk. Hierdoor is een wervelbed geschikt voor de verbranding van mengsels van afvalstoffen, zowel voor combinaties van vaste en vloeibare stromen als hoog-calorische en laag-calorische stromen. De thermische capaciteit van een wervelbedoven ligt hoger dan een klassieke roosteroven. Afhankelijk van het type wervelbedoven kan de calorische waarde van de input 6-30 GJ/ton bedragen.

Knelpunten vormen metalen met een laag smeltpunt (Al, Sn, Pb) en componenten die het smeltpunt van het zand verlagen. Deze worden bij voorkeur in de input beperkt. Gezien het werkingsprincipe vergt de techniek enige voorbehandeling, namelijk verwijdering van ferrometalen en verkleinen (< 5-30 cm) voor vaste stoffen en een mechanische ontwatering voor slib.

Figuur 1. Schematische weergave van een wervelbedoven (Indaver).

Er kunnen drie types van wervelbedovens worden onderscheiden: Bubbling Fluidised Bed (BFB), Circulating Fluidised Bed (CFB) en Rotating Fluidised Bed (RFB).

Een BFB heeft een toevoersnelheid die juist voldoende is voor fluïdisatie van het zandbed. Het zandbed krijgt hierdoor het uitzicht van een kokende vloeistof. Het betreft een oude en beproefde techniek. Deze wordt hoofdzakelijk voor verbranding van RWZI-slib (na mechanische ontwatering) en steenkool ingezet. De techniek is ook geschikt voor de verbranding van onbehandeld hout. De calorische waarde van de input dient lager te zijn dan 14 GJ/ton. Voor monostromen kan deze bovengrens opgedreven worden tot 20 GJ/ton. Een voorbeeld van enkele procesparameters voor deze techniek zijn weergegeven in Tabel 1.

Tabel 1. Voorbeeld van procesparameters voor wervelbedovens (BFB) (EIPPCB, 2006).

Bij een CFB wordt de toevoersnelheid van de verbrandingslucht zodanig opgedreven, dat een deel van het zand continu aan de bovenzijde van de oven wordt afgevoerd. Een CFB is een smalle constructie, waardoor het zandbed een grote stofwolk vormt. Het afgevoerde zand wordt afgescheiden in een cycloon. Het zand wordt na afzeving van de ongewenste delen terug naar de bodem van de oven gerecirculeerd. De CFB-techniek is afkomstig uit de energiesector (biomassacentrales) en de papierindustrie (pulpverbranding) en wordt veelvuldig gebruikt. De configuratie laat door sturing van de dichtheid van de zandwolk een grote warmteafvoer toe, waardoor een CFB bijzonder geschikt is voor de verbranding van relatief hoogcalorische mengsels of monostromen (tot 30 GJ/ton).

In een RFB wordt het wervelende zand door een gerichte, hogere toevoer van lucht in bepaalde zones onder het zandbed omgegooid. De primaire luchtinvoer is ongelijk verdeeld over de doorsnede van het bed. Naast het kokend gedrag van het zand wordt hierdoor eveneens een circulatie in het gehele zandbed veroorzaakt. Het zand wordt van het midden naar de zijkant geworpen. Een deel van het zand wordt continu afgevoerd en kan na behandeling (metaalafscheiding, zeven) terug naar de oven worden gestuurd. Het RFB is als alternatief voor de roosteroven, voor de verbranding van huishoudelijk afval, ontwikkeld. De techniek is bruikbaar met een beperkte voorbehandeling. De calorische waarde van de input dient beperkt te worden tot ongeveer 14 GJ/ton.

1.4. Rookgasreiniging

De verbranding genereert rookgassen. De karakteristieken zijn sterk afhankelijk van de verwerkte afvalstof. Algemeen kan gesteld worden dat de stabiele thermische werking en de goede menging van de brandstof en de luchttoevoer die wervelbedverbranding kenmerkt, resulteert in relatief lage concentraties aan NOx, CO en CxHy.

De minimale rookgaszuivering bestaat uit stofverwijdering door middel van een elektrofilter. Afhankelijk van het type afvalstof dat verbrand wordt en de emissiegrenswaarden die bereikt moeten worden, kan de rookgaszuivering uitgebreid worden. Typische luchtzuiveringstechnieken die worden toegepast zijn natte gaswassing, deNOx-installatie, mouwenfilter en actief kool injectie. Voor een technische beschrijving van deze technieken verwijzen we naar LUSS-tool (luchtzuiveringstechnieken) op de EMIS website.