AT403928B

AT403928B - Verfahren zum aufarbeiten von verbrennungsrückständen

Info

Publication number: AT403928B
Application number: AT0802097A
Authority: AT
Original assignee: Holderbank Financ Glarus
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-06-25
Also published as: ATA802097A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufarbeiten von Verbrennungsrückständen bzw.

Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen oder Stahlwerksschlacken in einem Konverter, bei welchem die schmelzflüssige Schlacke mit einem Metallbad umgesetzt wird, wobei durch das Metallbad Sauerstoff geblasen wird.

Aufarbeltungsverfahren, bei welchen Schlacken mit einem Metallbad umgesetzt werden, wobei auf diese Weise eine entsprechende Reduktion metallischer Anteile aus den Schlacken erfolgreich durchgeführt werden konnte, wurden bereits vorgeschlagen. Bei den bisher vorgeschlagenen Verfahren wurde das Reduktionspotential des Metallbades durch geeignete Massnahmen gesteuert, wobei hiefür in erster Linie das Einblasen von Kohlenstoff unter gleichzeitigem Einblasen von Sauerstoff über Unterbaddüsen vorgeschlagen wurde.

In entsprechenden Versuchen wurde allerdings eine relativ hohe Staubauswurfrate und damit relativ hohe Eisenverluste beobachtet. Der Konverterauswurf wurde bei konventionellen Betneben der vorgeschlagenen Verfahren mit 10 bis 15 Gew. % des gesamten Konverterinhaltes festgestellt, wodurch ein erheblicher Aufwand für die nachfolgende Abgasreinigung erforderlich war.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Eisengewinnung erhöht wird und die Staubauswurfrate und damit die Eisenverluste wesentlich vernngert werden. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die Schlacke mit einer Schlackenschichthöhe von über 1, 2 m eingebracht wird und dass der Sauerstoff als Luft oder gemeinsam mit CO2 oder Wasserdampf zur Kühlung der Unterbaddüsen in das
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schicht hindurchtritt und teilweise im Konvertergasraum zu kolloidalen Eisentröpfchen im Mikrometerbereich kondensiert.

Derartige Eisentröpfchen im Mikrometerbereich werden leicht aus dem Konverter ausgetragen, wobei Messungen In den Abgasen ergeben haben, dass die Feinstaubpartikel in den Abgasen einen relativ hohen Anteil an metallischem Eisen enthalten. Durch das Unterbaddüsensystem werden weitere Eisentröpfchen und Schlackenpartikel aus dem Konverter geschleudert.

Durch die Kühlung der Düsen, durch Verwendung von Luft und insbesondere durch gemeinsames Einblasen von C02 und Wasserdampf zur Kühlung der Düsen, gelingt es nun das Temperaturniveau um die Unterbaddüsen auf vertretbare Werte zu senken, bel welchen der Eisendampfdruck bereits vernachlässigbar wird. In der Folge genügt es den Düsendruck so einzustellen, dass keine Eisentröpfchen durch die Schlackenschmelze hindurchdringen können. Aufgrund des guten Wärmeüberganges zwischen Schlacke und Eisenbad ist aber hiefür eine entsprechende Mindesthöhe der Schlackenschichtdicke festgestellt worden, wobei neben einer Eisenbadhöhe von etwa 1 m eine Mindesthöhe der Schlackenschicht von über 1, 2 m für ausreichend befunden wurde, um den Eisenaustrag und damit die Eisenverluste drastisch zu minimieren.

Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass über die Unterbaddüsen zusätzlich Kohlenwasserstoffe zur Kühlung der Düsen eingebracht werden. Mit Rücksicht auf die im Vergleich zu üblichen bodenblasenden Konvertern teilweise höheren Blasdrücke ist aber jedenfalls eine Beimengung von C02 oder Wasserdampf zur Kühlung und Inertislerung von wesentlicher Bedeutung. Mit Vorteil wird das Verfahren hiebei so geführt, dass C02 und H20-Dampf sowie gegebenenfalls CH4 in einer Menge eingedüst wird, mit welcher eine Badtemperatur von weniger als 1700. C nahe den Düsen einstellbar ist, wobei vorzugsweise die Badtemperatur nahe den Düsen zwischen 1450. C und 1650. C gehalten wird.

Bei derartigen Temperaturen entstehen keine nennenswerten Mengen an verdampftem Eisen, sodass ein wesentlicher Faktor, der für den hohen Konverterauswurf verantwortlich zu sein scheint, auf diese Weise Berücksichtigung findet.

Um den gewünschten Wärmeübergang und die weitestgehende vollständige Umsetzung sicherzustellen, wird mit Vorteil so vorgegangen, dass die Schlackenschichthöhe auf etwa 1, 8 m eingestellt wird.

Zur selektiven Reduktion von metallischen Anteilen aus der Schlacke ist es, wie eingangs erwähnt, erforderlich, das Reduktionspotential des Metallbades entsprechend einzustellen. Mit Vorteil erfolgt dies so, dass in das Metallbad Kohlenstoff mit Inertgasen wie N2 zur Einstellung des Reduktionspotentiales des Metallbades eingedüst wird.

Mit den Abgasen wird immer noch ein nicht unbeträchtlicher Anteil an Staub ausgeworfen, wobei erfindungsgemäss die Reinigung der Abgase ohne zusätzliche Nebenprodukte, welche nicht im Verfahren weiterverwendet werden können, mit Vorteil in einfacher Weise dadurch gelingt, dass mit den Abgasen ausgetragene Feststoffe mit Additiven, wie A1203, Si02 oder Schlackengranulat in einem Schwebegas- oder Wirbelschicht-Wärmetauscher gekühlt werden und dass die gekühlten Feststoffe In einem Zyklonabscheider

abgetrennt und dem Schlackenbad rückgeführt werden.

Durch einen derartigen Schwebegas- oder Wirbel- schicht-Wärmetauscher können Additive, wie sie beispielsweise für die Einstellung der Schlackenbasizität und der Schlackenviskosität von Vorteil sind, gleichzeitig zur Kühlung und zur besseren Abtrennung der mit den Abgasen ausgetragenen Feststoffe eingesetzt werden und in einfacher Weise dem Schlackenbad wieder rückgeführt werden, sodass eine vollständige Kreislaufführung gelingt.

Eine weitere Verbesserung der energetischen Ausnutzung und damit der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens lässt sich dadurch erreichen, dass das den Zyklonabscheider verlassende Heissgas nach einer weiteren Kühlung unter Energieverwertung über einen Filter, insbesondere einen Sack- oder Schlauchfilter, geführt wird und einer Restgasverwertung, wie z. B. einer Verbrennung, zugeführt wird.

Um einen optimalen Wärmeübergang auf die Schlackenschmeize sicherzustellen, wird in einem Nachverbrennungsraum mit Vorteil so vorgegangen, dass das Restgas zumindest teilweise über Düsen durch das Schlackenbad geleitet wird und einer Nachverbrennung zum Erhitzen der Schlacken unterworfen wird. Ein optimaler Wärmeübergang ergibt sich hiebei insbesondere bei der Verwendung von Hochdruckunterbaddüsen, wobei im Nachverbrennungsraum ca. 35 Gew. % in Form von Schlackentröpfchen mittels des als Retourgas eingesetzten Restgases dispergiert werden, wobei eine Nachverbrennung des gebildeten Kohlenmonoxides und des Wasserstoffes'bis zu 60 % gelingt. Der Nachverbrennungsgrad ist hiebei als das Verhältnis der Summe von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff und C02 und H20 definiert.

Die Nachverbrennungswärme wird hiebei über Strahlung und Konvektion an die Schlackenpartikel übertragen, wodurch eine besonders effiziente Erwärmung der Schlacke unter Ausnutzung der chemischen Wärme des Konverterabgases gelingt.

Durch die erfindungsgemässen Massnahmen gelingt es, den Staubaustrag zum Abgasreinigungssystem drastisch zu reduzieren. Zirka 5 Gew. % des Eisenbadinhaltes verlassen hauptsächlich in Form von Schlackentröpfchen den Konverter. In einem Schwebegas-Wärmetauscher bzw. einem WirbelschichtWärmetauscher kann kaltes Additiv in Form von At203, SiOz sowie Schlackengranulat ebenso wie die aus dem Zyklonabscheider abgetrennten Feststoffe mit einer Körnung von 0, 5 bis 3, 5 mm aufgegeben werden.

Das kalte Additiv sowie das gekühlte Zyklonprodukt kühlen schlagartig den Konverterauswurf, der sich noch weitgehend in flüssigem bzw. teigigem Zustand befindet. Der auf diese Weise erhältliche Mischstaub kann bei Temperaturen von ca. 750. C problemlos in einem Heiss-Zyklonabscheider abgeschieden werden und dem Nachverbrennungsraum rückgeführt werden. Im Falle von Schlackengranulat mit hohem Eisenoxidanteil wird dieses bei der Gleichstromkühlung im Schwebegas-Wärmetauscher bzw. bei der Kühlung in einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor zumindest teilweise metallisiert, wodurch sich eine besonders effiziente Abkühlung ergibt.

Der Additivzusatz und die Rückführung des gekühlten Zyklonproduktes erlauben es auch, hochchromhaltige Stahlschlacke in dünnflüssige chromfreie synthetische Hochofenschlacke für die Zementherstellung umzuwandeln.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Konverter bezeichnet, welcher als Eisenbadreaktor ausgeführt ist. Der Konverter ist hiebei in drei Zonen unterteilt, wobei eine erste Zone 2 der Nachverbrennung und damit der Verbesserung der Energiebilanz dient. In einer anschliessenden Zone 3 erfolgt die Reduktion über einem Eisenbad 4, worauf anschliessend eine Absetzzone 5 vorgesehen ist. aus welcher die Schlackenschmeize abgezogen werden kann und einer Granulation 6 zugeführt werden kann.

Das Eisenbad 4 in der Reduktionszone wird über Bodendüsen 7 und 8 mit Kohlenstoff sowie Sauerstoff, Luft, CÛ2, Wasserdampf und gegebenenfalls Methangas beaufschlagt, wodurch das Reduktionspotential des Eisenbades 4 entsprechend eingestellt wird. Je nach Ausgangszusammensetzung der Schlacken und insbesondere je nach dem Chromanteil dieser Schlacken wird das Eisenbad 4 aufgechromt und es kann auf diese Weise Ferro-Chromium-Carburé gewonnen werden.

Aus der Absetzzone 5 des Konverters 1 werden die heissen Abgase bei Temperaturen von etwa 1700.

C über eine Leitung 9 ausgetragen. Die Abgase werden einem Schwebegas-Wärmetauscher 10 zugeführt, wobei an dieser Stelle Additive, insbesondere AtzOa. SiOz oder Müllverbrennungsschlackengranulat. welches bereits einer ersten Aufarbeitung unterworfen wurde, aus einem Bunker 11 aufgegeben werden. Die Feinpartikel im Abgas werden hiebei auf Temperaturen von etwa 750. C gekühlt und gelangen in einen Zyklonabscheider 12. Die aus dem Zyklonabscheider 12 über eine Zellradschleuse 13 ausgebrachten Feststoffe können über einen Rückgutkühler 14 geführt werden und gleichfalls ebenso wie die Additive aus dem Bunker 11 dem Schwebegas-Wärmetauscher zugeführt werden. Die Feststoffe werden in der Folge über eine Leitung 15 der Nachverbrennungszone rückgeführt und auf die flüssige Stahischlacke aufgebracht.

Die Stahlschlacke ist hiebei mit 16 bezeichnet.

In den Nachverbrennungsraum mündet eine wassergekülte Sauerstofflanze 17, wobei Sauerstoff aus einer Sauerstoffquelle 18 zugeführt wird.

Den Zyklonabscheider 12 verlassen heisse Restgase, welche zunächst über einen Heissgaskühler 19 geführt werden, worauf sie einem Filter 20 zugeführt werden. Der Filterstaub kann über eine Leitung 21 ausgetragen werden und in einem Speicher 22 gesammelt werden. Aus diesem Speicher 22 kann der Filterstaub dem Sauerstoff der Sauerstofflanzen beigement werden und in die Nachverbrennungszone des Konverters 1 rückgeführt werden. Ein wesentlicher Anteil des Restgases, weicher den Filter 20 verlässt, kann in der Folge einer Restgasverwertung 23 zugeführt werden, wobei mit Rücksicht auf den hohen Anteil von etwa 50 Vol. % CO und H2 Im Restgas hier noch ein hoher Brennwert zur Verfügung steht.

Eine Tellmenge dieses Restgases gelangt über die Leitung 24 und einen Kompressor 25 mit einem Druck von zwischen 4 und 12 bar an Unterbaddüsen 26, weiche in das Schlackenbad 16 in der Nachverbrennungszone 2 münden. Gemeinsam mit dem über die Sauerstofflanze 17 gebrachten Sauerstoff gelingt hier eine weitere Verbrennung unter intensiver Ausnutzung der thermischen Energie zum Erhitzen des Schlackenbades.

Für den Fall, dass ein Filterstaub mit hohem Eisengehalt anfällt, kann dieser hocheisenhältige Filterstaub über eine Leitung 27 den Bodendüsen 7 bzw. 8 unter dem Eisenbad 4 zugeführt werden, um auf diese Weise den metallischen Anteil nahezu vollständig rückzugewinnen.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt es auch spezielle Stahlschlacken und insbesondere hochvanadiumhältige Stahlschlacken erfolgreich aufzuarbeiten, wobei eine konzentrierte Vandiumlegierung als Metallbad 4 gewonnen wird. Diese Legierung kann anschliessend verschlackt werden, wobei eine hochkonzentrierte kohlenstoffreie Vanadiumschlacke gebildet wird, aus welcher sich Ferro-Vanadin weitestgehend kohlenstoffrei gewinnen lässt.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufarbeiten von Verbrennungsrückständen bzw. Schlacken aus Müllverbrennungsanla- gen oder Stahlwerksschlacken in einem Konverter (1), bei welchem die schmelzflüssige Schlacke (16) mit einem Metallbad (4) umgesetzt wird, wobei durch das Metallbad (4) Sauerstoff geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke (16) mit einer Schlackenschichthöhe von über 1, 2 m eingebracht wird und dass der Sauerstoff als Luft oder gemeinsam mit C02 oder Wasserdampf zur Kühlung der Unterbaddüsen (7, 8) in das Bad (4) eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Unterbaddüsen (7, 8) zusätzlich Kohlenwasserstoffe zur Kühlung der Düsen (7, 8) eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass C02 und H20-Dampf sowie gegebenenfalls CH4 in einer Menge eingedüst wird, mit welcher eine Badtemperatur von weniger als 1700'C nahe den Düsen (7, 8) einstellbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Badtemperatur nahe den Düsen (7, 8) zwischen 1450'C und 1650'C gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackenschichthö- he auf etwa 1, 8 m eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das Metallbad (4) Kohlenstoff mit Inertgasen wie N2 zur Einstellung des Reduktionspotentiales des Metallbades (4) eingedüst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Abgasen ausgetragene Feststoffe mit Additiven, wie At203, Si02 oder Schlackengranulat in einem Schwebegas- oder Wirbelschicht-Wärmetauscher (10) gekühlt werden und dass die gekühlten Feststoffe in einem Zyklonabscheider (12) abgetrennt und dem Schlackenbad (16) rückgeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das den Zyklonabschei- der (12) verlassende Heissgas nach einer weiteren Kühlung unter Energieverwertung über einen Filter (20), insbesondere einen Sack-oder Schlauchfilter, geführt wird und einer Restgasverwertung (23), wie z. B. einer Verbrennung, zugeführt wird. <Desc/Clms Page number 4>
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas zumindest teilweise über Düsen (26) durch das Schlackenbad (16) geleitet wird und einer Nachverbrennung zum Erhitzen der Schlacken unterworfen wird.