CH686310A5 - Apparatus and method for the thermal disposal of waste. - Google Patents
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Description
1 1
CH 686 310 A5 CH 686 310 A5
2 2nd
Beschreibung description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur thermischen Abfallentsorgung mit einer Presse für den Abfall, mit einem beheizten Entgasungskanal, mit einem Hochtemperatur-Reaktor, aus dem eine Schmelze und Schwelgase austragbar sind, mit einer Schockkühleinrichtung und mit einer Reinigungseinrichtung für die Schwelgase. Sie bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Einrichtung. The invention relates to a device for thermal waste disposal with a press for waste, with a heated degassing channel, with a high-temperature reactor from which a melt and carbonization gases can be discharged, with a blast chiller and with a cleaning device for the carbonization gases. It also relates to a method for operating such a facility.
Eine solche Einrichtung ist aus der EP-A 0 443 596 bekannt. Danach wird der Abfall ohne Vorbehandlung und Vorsortierung in einer Presse unter hohem Druck auf etwa ein Zehntel des ursprünglichen Volumens verdichtet. Der dichte Abfallballen gelangt dann in einen indirekt beheizten Entgasung- oder Schwelkanal. Hier wird er bei ca. 600°C unter Luftabschluss getrocknet und zu Pyro-lyse-Koks und Schwelgas verschwelt. Die Abfallballen werden unmittelbar anschliessend in einem Hochtemperatur-Reaktor oder -Vergaser unter Zufuhr reinen Sauerstoffs bei etwa 2000°C vergast. Bei dieser Temperatur schmelzen mineralische und metallische Bestandteile, und Kohlenwasserstoffe und andere organische Bestandteile zersetzen sich. Es entstehen Synthesegase aus dem Feststoff. Die Schmelze wird abgetrennt. Sie enthält einen glasigen mineralischen Rückstand und einen hauptsächlich aus Eisen bestehenden metallischen Anteil. Die entstandenen Gase werden von 1200°C schockartig in einer Schockkühleinrichtung (Quencher) auf eine Temperatur von etwa 90°C abgekühlt. Dadurch soll die Bildung von Dioxinen und Furanen verhindert werden. Anschliessend durchlaufen die abgekühlten Gase ein mehrstufiges Reinigungssystem aus Filtern und Wäschern, bis sie - da brennbar - in den Prozess zurückgeführt oder anderweitig, etwa zur Stromerzeugung, verwendet werden. Das hier angewandte Verfahren ist auch unter dem Namen «Thermoselect-Verfahren» aus der Presse bekannt geworden, beispielsweise aus der «Berliner Morgenpost» vom 6. Juni 1993. Es steht in einem gewissen Wettbewerb zum Schwelbrenn-Verfahren (EP-C 0 302 310). Such a device is known from EP-A 0 443 596. The waste is then compacted in a press under high pressure to about a tenth of the original volume without pretreatment and pre-sorting. The dense waste bale then enters an indirectly heated degassing or smoldering channel. Here it is dried at approx. 600 ° C with the exclusion of air and carbonized to form pyrolysis coke and carbonization gas. The waste bales are then immediately gasified in a high-temperature reactor or gasifier with the supply of pure oxygen at about 2000 ° C. Mineral and metallic components melt at this temperature, and hydrocarbons and other organic components decompose. Synthesis gases are formed from the solid. The melt is separated off. It contains a glassy mineral residue and a metallic part consisting mainly of iron. The resulting gases are shock-cooled from 1200 ° C in a quencher to a temperature of around 90 ° C. This is to prevent the formation of dioxins and furans. The cooled gases then pass through a multi-stage cleaning system consisting of filters and scrubbers until - since they are flammable - they are returned to the process or used for other purposes such as power generation. The process used here is also known from the press under the name “Thermoselect process”, for example from the “Berliner Morgenpost” on June 6, 1993. It is in some competition with the smoldering process (EP-C 0 302 310 ).
Überlegungen haben nun gezeigt, dass die Gas-Reinigung im genannten Reinigungssystem äusserst aufwendig ist. Dies bezieht sich auf die Anschaffung, aber auch auf die laufenden Betriebskosten. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass diese Nachteile weitgehend beseitigt werden können, wenn die im Prozess entstehenen Gase, das sind die Schwelgase und die Synthesegase, nach Möglichkeit weitestgehend verbrannt werden. Considerations have now shown that gas cleaning in the cleaning system mentioned is extremely complex. This refers to the purchase, but also to the running costs. The invention is based on the knowledge that these disadvantages can be largely eliminated if the gases produced in the process, ie the carbonization gases and the synthesis gases, are burned as far as possible.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass das Reinigungssystem einen vergleichsweise geringen Aufwand bei Herstellung und Betrieb erfordert. Auch soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden. The invention is therefore based on the object of designing a device of the type mentioned at the outset in such a way that the cleaning system requires comparatively little outlay in terms of production and operation. A corresponding procedure should also be specified.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass vor der Kühleinrichtung Mittel für die stöchiometrische Verbrennung der Schwelgase und/ oder der Synthesegase vorgesehen sind. Demge-mäss werden erfindungsgemäss die Schwelgase und/oder die Synthesegase vor der Abkühlung in der Kühleinrichtung stöchiometrisch verbrannt. This object is achieved according to the invention in that means for the stoichiometric combustion of the carbonization gases and / or the synthesis gases are provided in front of the cooling device. Accordingly, according to the invention, the smoldering gases and / or the synthesis gases are burned stoichiometrically before cooling in the cooling device.
Bei der stöchiometrischen Verbrennung erfolgt eine Umsetzung der Schwelgase und Synthesegase in Rauchgase, die mit weitgehend konventionellen Verfahren gereinigt werden können. In stoichiometric combustion, the carbonization and synthesis gases are converted into flue gases, which can be cleaned using largely conventional methods.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die genannten Mittel den Hochtemperatur-Reaktor umfassen. Demzufolge kann der Hochtemperatur-Reaktor mit einem Eingang für Luft oder für ein Luft-Sauerstoff-Gemisch versehen sein, wobei dieser Eingang bevorzugt knapp oberhalb des Eintritts des Entsorgungskanals in den Hochtemperatur-Reaktor angeordnet ist. According to a preferred development, it is provided that the means mentioned comprise the high-temperature reactor. Accordingly, the high-temperature reactor can be provided with an inlet for air or for an air-oxygen mixture, this inlet being preferably arranged just above the entry of the disposal channel into the high-temperature reactor.
Alternativ kann nach einer weiteren Ausbildung auch vorgesehen sein, dass die genannten Mittel eine dem Hochtemperatur-Reaktor nachgeschaltete Brennkammer umfassen. Alternatively, according to a further embodiment, it can also be provided that the said means comprise a combustion chamber connected downstream of the high-temperature reactor.
Von ganz besonderem Vorteil ist es, wenn die bei der Verbrennung der Gase entstehende Wärme genutzt wird. Gemäss einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass als Kühleinrichtung ein Abhitzekessel vorgesehen ist. Der hier entstehende Wasserdampf kann zur Heizung oder Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden. It is particularly advantageous if the heat generated during the combustion of the gases is used. According to a particularly preferred development, it is therefore provided that a waste heat boiler is provided as the cooling device. The water vapor generated here can be used to heat or generate electrical energy.
Weitere bevorzugte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand zweier Figuren näher erläutert. Es zeigen: Further preferred embodiments of the invention are characterized in the dependent claims. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to two figures. Show it:
Fig. 1 eine Einrichtung zur thermischen Entsorgung von Abfall mit Schwelgas- und Synthesegas-Verbrennung im Hochtemperatur-Reaktor und Fig. 1 shows a device for the thermal disposal of waste with carbonization and synthesis gas combustion in the high temperature reactor and
Fig. 2 einen Ausschnitt einer entsprechenden Einrichtung mit Schwelgas- und Synthesegas-Ver-brennung in einer gesonderten Brennkammer. Fig. 2 shows a section of a corresponding device with carbonization and synthesis gas combustion in a separate combustion chamber.
In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur thermischen Abfallentsorgung gezeigt. Der Abfall A wird dabei über eine Eintragseinrichtung 2 einer Presse 4 zugeführt, wo er unter hohem Druck zu Abfallballen 6 zusam-mengepresst wird. Die verdichteten Abfallballen 6 gelangen sodann in einen Schwel- oder Entgasungskanal 8. Die Aussenheizung dieses Entgasungskanals 8 ist mit 10 bezeichnet. Hier wird Wärmeenergie E zugeführt. Vom Entgasungskanal 8 gelangen das Fest- oder Schwelgut F der Abfallballen 6 und die entstandenen Schwelgase G in den Eintritt eines direkt nachgeschalteten Hochtem-peratur-Reaktors 22. Das feste Schwelgut F besteht zu einem Anteil aus kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dieses Festgut F wird im unteren Teil des Hochtemperatur-Reaktors 22 bei einer Temperatur von etwa 1600°C bis 2000°C vergast. Es entstehen Synthesegase P. Über einen Eingang 38 wird dazu dem unteren Teil des Hochtemperatur-Reaktors 22 reiner Sauerstoff O2 zugeleitet. Es kommt zu einer unterstöchiometrischen Verbrennung oder Vergasung. Die dabei ebenfalls entstehende Schmelze im Hochtemperatur-Reaktor 22 ist mit S bezeichnet. Sie kann über einen Abzug 40 entnommen und in einem Behälter 42 aufgefangen werden. In Fig. 1, a device for thermal waste disposal is shown. The waste A is fed via an entry device 2 to a press 4, where it is pressed together under high pressure to form waste bales 6. The compressed waste bales 6 then enter a smoldering or degassing duct 8. The external heating of this degassing duct 8 is designated by 10. Here thermal energy E is supplied. From the degassing channel 8, the solid or smoldering material F of the waste bales 6 and the resulting smoldering gases G enter the inlet of a directly downstream high-temperature reactor 22. The solid smoldering material F consists to a part of carbon-containing substances. This solid material F is gasified in the lower part of the high-temperature reactor 22 at a temperature of approximately 1600 ° C. to 2000 ° C. Synthesis gases P are produced. For this purpose, pure oxygen O2 is fed to the lower part of the high-temperature reactor 22 via an inlet 38. Sub-stoichiometric combustion or gasification occurs. The melt that also forms in the high-temperature reactor 22 is denoted by S. It can be removed via a trigger 40 and collected in a container 42.
Im oberen Teil des Hochtemperatur-Reaktors 22 In the upper part of the high temperature reactor 22
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
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60 60
65 65
2 2nd
3 3rd
CH 686 310 A5 CH 686 310 A5
4 4th
erfahren die Schwelgase G und die Synthesegase P eine stöchiometrische Verbrennung, so dass ausgebrannte Gase oder Rauchgase R entstehen. Die Temperatur beträgt hier etwa 1200°C. Die vollständige Verbrennung wird bewirkt durch die Zugabe von Luft L oder - wie gezeigt - durch die Zugabe eines Luft-Sauerstoff-Gemisches L, O2. Hierzu ist knapp oberhalb des Eintritts des Entgasungskanals 8 in den Hochtemperatur-Reaktor 22 ein Eingang 43 angeordnet. the smoldering gases G and the synthesis gases P experience a stoichiometric combustion, so that burnt-out gases or flue gases R arise. The temperature here is around 1200 ° C. The complete combustion is brought about by the addition of air L or - as shown - by the addition of an air-oxygen mixture L, O2. For this purpose, an inlet 43 is arranged just above the entry of the degassing channel 8 into the high-temperature reactor 22.
Die einem Gasabzug 44 entnommenen Rauchgase R werden in einen Abhitzekessel 46 geleitet, der die Funktion einer Kühleinrichtung ausübt. Die hier ausgekoppelte Wärmeenergie E wird einer Nutzung zugeführt. Der Abhitzekessel 46 kann dazu über einen Wasser-Dampf-Kreislauf an eine Turbine angeschlossen sein. Die Wärmeenergie E kann auch zum Heizen der Heizung 10 dienen. Dem Abhitzekessel 46 ist ein Reinigungssystem 48 nachgeschaltet. Ein Sauggeblase 50 sorgt für eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase R. The smoke gases R taken from a gas outlet 44 are passed into a waste heat boiler 46, which performs the function of a cooling device. The thermal energy E extracted here is used. The waste heat boiler 46 can be connected to a turbine via a water-steam circuit. The thermal energy E can also be used to heat the heater 10. A cleaning system 48 is connected downstream of the waste heat boiler 46. A suction blower 50 ensures a sufficient flow rate of the smoke gases R.
Nach Fig. 2 erfolgt das Ausbrennen oder die stöchiometrische Verbrennung der Schwelgase G und der Synthesegase P nicht im Hochtemperatur-Reaktor 22 selbst, sondern in einer gesonderten nachgeschalteten Brennkammer 55, die relativ klein ausgeführt sein kann. Diese Brennkammer 55 ist hier direkt zwischen den Gasabzug 44 und den Abhitzekessel 46 geschaltet. Sie wird mit Luft L betrieben, die einem Eingang 58 zugeführt wird, und sie gibt Rauchgase R an den Abhitzekessel 46 ab. Am oberen Teil des Hochtemperatur-Reaktors 22 ist hier ein Eingang 57 für reinen Sauerstoff O2 vorgesehen. Unter Umständen kann aber auf diesen Eingang 57 verzichtet werden, da die Sauerstoff-Zufuhr über den Eingang 38 zur unterstöchiometrischen Umsetzung der Schwelgase G ausreicht. Das Gemisch aus verbleibenden Schwelgasen G und Synthesegasen P wird dem Eingang der Brennkammer 55 zugeleitet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird den bei der stöchiometrischen Verbrennung entstehenden Rauchgasen R Wärmeenergie E in einem Abhitzekessel 46 entzogen und anschliessend genutzt, beispielsweise in einer Turbine oder zur Beheizung des Entgasungskanals 8. 2, the burning out or the stoichiometric combustion of the carbonization gases G and the synthesis gases P does not take place in the high-temperature reactor 22 itself, but in a separate downstream combustion chamber 55, which can be made relatively small. This combustion chamber 55 is connected here directly between the gas outlet 44 and the waste heat boiler 46. It is operated with air L, which is fed to an inlet 58, and it emits flue gases R to the waste heat boiler 46. At the upper part of the high-temperature reactor 22 there is an inlet 57 for pure oxygen O2. Under certain circumstances, however, this input 57 can be dispensed with, since the oxygen supply via the input 38 is sufficient for the substoichiometric conversion of the carbonization gases G. The mixture of remaining carbonization gases G and synthesis gases P is fed to the entrance of the combustion chamber 55. In this exemplary embodiment too, the flue gases R arising in the stoichiometric combustion are extracted from thermal energy E in a waste heat boiler 46 and then used, for example in a turbine or for heating the degassing duct 8.
Der Vorteil der Einrichtungen nach Fig. 1 und 2 besteht darin, dass infolge der vollständigen Verbrennung der Schwelgase G und Synthesegase P die Reinigungseinrichtung 48 nur für (wenig belade-ne) Rauchgase R und damit vergleichsweise wenig aufwendig auszulegen ist. Ausserdem entfallen Probleme mit der Entsorgung für die bei der üblichen Schwelgas-Reinigung anfallenden Substanzen. Zudem kann die erhaltene Wärmeenergie E einer Nutzung zugeführt werden. Der Energiegehalt des Abfalls A trägt somit zur Reduzierung der Abfallbeseitigungskosten bei. The advantage of the devices according to FIGS. 1 and 2 is that, due to the complete combustion of the carbonization gases G and synthesis gases P, the cleaning device 48 can only be designed for (less loaded) flue gases R and therefore comparatively little effort. In addition, there are no problems with the disposal of the substances resulting from the conventional carbonization cleaning. In addition, the thermal energy E obtained can be used. The energy content of waste A thus contributes to reducing waste disposal costs.
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