DE102004045926B4 - Entsorgungsaggregat - Google Patents
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Abstract
Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung von organische Komponenten und Wasser enthaltenden festen Abfallmaterialien und Abfallstoffen, bestehend aus
A. einer Bodenplatte (1),
B. einem darauf aufgesetzten, einen Herd (5) bildenden zylindrischen, doppelwandigen Ofenschacht (2) mit Abstichvorrichtungen (3; 4) für Schlacke und Eisen,
C. unmittelbar daran nach oben sich anschließende sich verschiedenartig geometrisch gestalteten Ofenschachtteilen (6; 7; 8; 11; 13; 15; 19),
D. wobei die doppelwandigen Ofenschachtteile (6; 7) mehrere um den Umfang und in der Höhe verteilt angeordnete Stutzen (10.1; 10.2; 10.3) zur Aufnahme von Injektoren zur gemeinsamen Zuführung von Treib- und Schleppgasen und
E. Stutzen (9.1; 9.2; 9.3) zur Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszuführungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführeinrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen haben,
F. wobei an das Ofenschachtteil (8) das konisch, sich nach oben erweiternde doppelwandige Ofenschachtteil (11) anschließt;
G. wobei in das Ofenschachtteil (11) ein sich konisch nach oben verjüngendes Ofenschachtteil...
A. einer Bodenplatte (1),
B. einem darauf aufgesetzten, einen Herd (5) bildenden zylindrischen, doppelwandigen Ofenschacht (2) mit Abstichvorrichtungen (3; 4) für Schlacke und Eisen,
C. unmittelbar daran nach oben sich anschließende sich verschiedenartig geometrisch gestalteten Ofenschachtteilen (6; 7; 8; 11; 13; 15; 19),
D. wobei die doppelwandigen Ofenschachtteile (6; 7) mehrere um den Umfang und in der Höhe verteilt angeordnete Stutzen (10.1; 10.2; 10.3) zur Aufnahme von Injektoren zur gemeinsamen Zuführung von Treib- und Schleppgasen und
E. Stutzen (9.1; 9.2; 9.3) zur Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszuführungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführeinrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen haben,
F. wobei an das Ofenschachtteil (8) das konisch, sich nach oben erweiternde doppelwandige Ofenschachtteil (11) anschließt;
G. wobei in das Ofenschachtteil (11) ein sich konisch nach oben verjüngendes Ofenschachtteil...
Description
- Die Erfindung betrifft ein Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung von organische Komponenten und Wasser enthaltenden festen Abfallmaterialien und Abfallstoffen.
- Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass organische Komponenten und Wasser enthaltende feste Materialien durch eine Schmelzvergasung stofflich und thermisch behandelbar und somit verwertbar sind. In
DE 101 45 460 C1 ist beispielsweise ein Schacht-Schmelz-Vergaser zur Synthesegasherstellung durch eine stoffliche und thermische Behandlung und Verwertung von derartigen Materialien und ein Verfahren zum Betreiben dieses Schacht-Schmelz-Vergasers dargestellt. Für den Schacht-Schmelz-Vergaser ist kennzeichnend, dass die gleichmäßig über den Umfang verteilten, doppelwandig durch Flansche segmentierten Rohgasabsaugeinrichtungen von unten nach oben führend, oberhalb des Herdbereiches zwischen zwei Ofenschachtteilen und in der Höhe zwischen in mindestens zwei Ebenen übereinander angeordneten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Stutzen zur Aufnahme der mit Luft und Sauerstoffzuführungen komplettierten Injektoren mit in den Ofeninnenraum ragenden wassergekühlten Düsen, also im Hochtemperaturbereich des Schacht-Schmelz-Vergasers, angeordnet sind. Im oberen Bereich des Schacht-Schmelz-Vergasers ist eine Schleuse, bestehend aus zwei Schiebern und einem dazwischen liegenden Ofenschachtteil mit integrierter Füllstandsanzeige als Materialzuführung installiert. Abhängig von den Leistungsparametern wird zwischen den beiden Schiebern ein Schließ- und Öffnungsrhythmus eingestellt, wodurch eine Befüllung des Schacht-Schmelz-Vergasers ohne unkontrollierte Falschluftzufuhr möglich ist. Gleichzeitig werden unmittelbar an der Schnittstelle zum Synthesegasverbraucher, wie beispielsweise einem Block-Heizkraftwerk, Druck-, Temperatur- und Mengenmessungen vorgenommen, die gemeinsam mit der Analyse des Synthesegases eine online-Bestimmung der Feuerungsleistung des Schacht-Schmelz-Vergasers ermöglichen. Durch eine interne Verwertung in der Steuerung und durch eine Änderung des Verhältnisses von der Luft- und Sauerstoffmenge im Schacht-Schmelz-Vergaser wird die notwendige Prozesssicherheit erreicht. Die mineralischen und metallischen Bestandteile der Abfallstoffe schmelzen, fließen oder tropfen nach unten ab. Gleichzeitig werden die durch die thermo-chemischen Umsatzreaktionen entstehenden heißen, gasförmigen Reaktionsprodukte mit den absinkenden, nicht oder nicht vollständig verbrannten organischen Bestandteilen des Abfallstoffes durch die Rohgasabsaugeinrichtungen im Gleichstrom in Richtung Herd geführt und unterliegen hier einer pyrolytischen Zersetzung. Der sich wäh rend der Absetzzeit in der Reduzier-/Crackzone bildende Pyrolysekoks wird durch den von den Injektoren eingebrachten Sauerstoff verbrannt, wobei sich Schlacke und Metall im Herd sammeln. Das Rohgas wird aus Teilen des von unten aus dem Herdbereich strömenden Prozessgases, den in der Ebene der Rohgasabsaugung gebildeten Prozessgasen und den in Richtung Herd im Gleichstrom strömenden heißen, gasförmigen Reaktionsprodukten gebildet und mit hohen Temperaturen von ca. 900°C abgezogen. Die Nachteile des inDE 101 45 460 C1 dargestellten Schacht-Schmelz-Vergasers bestehen darin, dass der im Gleichstrom arbeitende Schacht-Schmelz-Vergaser gegenüber dem Gegenstromverfahren einen geringeren Wärmeübertragungswirkungsgrat hat, wodurch die verfahrenstechnischen und apparativen Folgeaufwendungen für den Abzug des heißen Rohgases hoch sind, und das verfahrenstechnische Gesamtkonzept nur die Schmelzvergasung von Abfallmaterialien zulässt. - Weiterhin ist durch
DE 17 76 258 A1 ein Verfahren zur Schmelzverbrennung von Abfallstoffen und/oder geringwertigen Brennstoffen bekannt, bei dem die Verbrennungsstoffe an einer freitragenden Abdeckung unter Bildung eines langgestreckten, seitlich nur durch die Verbrennungsstoffe abgeschlossenen Verbrennungshohlraumes frei angehäuft werden, der Druck im Verbrennungshohlraum unter dem Druck oberhalb der Verbrennungsstoffe gehalten wird und die Abgase an einer Schmalseite des Verbrennungshohlraumes abgezogen werden, wobei die flüssige Schlacke ebenfalls an einer Schmalseite des Verbrennungshohlraumes ablaufen kann. Es ist auch möglich, vorgewärmte Luft seitlich in die Böschung der Verbrennungsstoffe hineinzublasen. Die vorgewärmte Luft entsteht hierbei durch Wärmetausch mit den Abgasen. Ebenfalls können die Verbrennungsstoffe seitlich in Richtung auf den Verbrennungshohlraum nachgeschoben werden. Das Verfahren soll ohne das Erfordernis eines allseitig geschlossenen Ofens und ohne Vorzerkleinerung eine vollständige Schmelzverbrennung auch sehr inhomogener Abfallstoffe ermöglichen, wobei die Verbrennungsstoffe selbst die somit teuren, feuerfesten Ausmauerungen weitgehend ersetzen sollen. Beim Anhäufen der Verbrennungsstoffe an der Abdeckung bildet sich unter dieser eigenständig ein langgestreckter Verbrennungshohlraum, der seitlich nur durch die angehäufte Schicht der Verbrennungsstoffe selbst abgeschlossen ist. Im Verbrennungshohlraum werden die Verbrennungsstoffe mit der in die Böschungen hineingeblasenen, jedoch nach den Anforderungen auf Temperaturen bis zu 900°C vorgewärmten Luft bei einem sehr geringen Luftüberschuss von n = 1,1 bis 1,2 verbrannt, wodurch Temperaturen von größer oder nahezu 1600°C erreichbar sind. Weiterhin soll die Flamme im langgestreckten Verbrennungshohlraum nahezu vollständig ausbrennen, welche die erforderliche Verbrennungswärme freisetzt und dadurch eine hinreichende Verflüssigung der Schlacke sicherstellt. Nachteilig sind auch hier die hohen apparativen und verfahrenstechnischen Aufwendungen, die einerseits durch die mit Wasser beaufschlagten Kühlrohre und durch die sich hin- und herbewegenden, hydraulisch arbeitenden Vorrichtungen zum Nachrutschen des Mülls sowie anderseits durch die zur Unterbindung eines Durchschlagens des Feuers notwendige Müllschichtstärke von mindestens 4 m über den Verbrennungshohlraum und durch den als Wärmetauscher dienenden, auf Verbrennungstemperaturen zum Schmelzen der Schlacke vorgeheizten Schornstein entstehen. - Alle bekannten Schacht-Schmelz-Vergaser und Schacht-Schmelz-Öfen haben aber den entscheidenden Nachteil, dass sie nicht flexibel einsetzbar sind und damit nicht die konkreten Forderungen einer wirtschaftlichen Entsorgung unterschiedlich zusammengesetzter, entsorgungspflichtiger Materialien der Betreiber erfüllen können. Diese Schmelzaggregate sind nicht wahlweise zur Wärmeerzeugung durch eine sichere, vollständige Nachverbrennung der Gichtgase oder zur Synthesegaserzeugung als Basis für eine nachgeschaltete Stromerzeugung oder für eine anderweitige stoffliche und/oder energetische Verwertung einsetzbar.
- Nach
DE 100 07 115 A1 werden ein Reaktor, bestehend aus einem Zuführabschnitt, einem Pyrolyseabschnitt mit Gaszuführungsmittel, einer Schmelz- und Überhitzungszone, einem Reduktionsabschnitt, einem Herd, oberen und unteren Eindüsungsmitteln und Gasabsaugmittel, und ein Verfahren zum Vergasen und/oder Schmelzen von Stoffen beansprucht, bei dem die weitgehend von der Umgebung abgeschirmte Schüttsäule oberhalb des Pyrolyseabschnittes schockartig durch die Zuführung heißer Gase zur Auslösung der Pyrolyse erhitzt werden und eine tiefer gelegene Zone mit Temperaturen oberhalb 100°C durch Zufuhr energiereicher Medien, in der Pyrolyseprodukte verbrannt und metallische und mineralische Komponenten geschmolzen und die Reststoffe der Einsatzstoffe weitgehend verkokt werden, gebildet wird, alle Gase nach unten durch die Schüttsäule durch die heiße Zone und die tiefer liegende Reduktionszone gesaugt und aus dem Bereich der Reduktionszone aus dem Reaktor ausgeleitet werden, Metall- und Schlackeschmelzen im unteren Reaktorabschnitt gesammelt und energiereiche Medien unmittelbar oberhalb der gesammelten Schmelzen eingeleitet werden. Verfahrenstechnisch und gemäß Zeichnung inDE 100 07 115 A1 ist eine „schockartige Erhitzung der von der Umgebung abgeschirmten Schüttsäule oberhalb des Pyrolyseabschnittes” unter Berücksichtigung der anlagentechnischen Anordnung des Gaszuführmittels für die heißen Gase wegen wärmetechnischer Grundsätze nicht vorstellbar. Weiter nachteilig ist, dass der Reaktor ausschließlich zur Schmelzvergasung und/oder dem Schmelzen konzipiert und nicht für die Schmelzverbrennung vorgesehen ist. - Nach
DE 43 00 470 A1 wird eine Müllverbrennungsanlage mit mehreren, voneinander durch Querschnittsverengungen getrennten Brenn- und Nachbrennkammern beansprucht, bei der unterhalb der vertikalen Brennkammer mit Brenner und seitlich installierter Vorrichtung zur Beschickung ein Ascheabfuhrgitter mit nach unten nachfolgender gekühlter Kammer mit Vorrichtungen zur Rückhaltung der Aschen angeordnet ist. Nachteilig ist, dass die Müllverbrennungsanlage kein Aufschmelzen der mineralischen (Asche)-Bestandteile erlaubt und abhängig vom Einsatzmaterial somit u. U. (sonder)-deponiepflichtige Reststoffe erzeugt werden. - Nach
DE 33 18 860 C2 wird ein Brenner zum Erwärmen von insbesondere Abluft mit über den gesamten Querschnitt gleichmäßiger Temperaturverteilung bei kleiner axialer Baulänge beansprucht. Nachteilig ist, dass der Brenner nur gasförmige Schadstoffe verarbeiten kann. -
EP 0 654 450 A2 beansprucht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einschmelzen von festen Verbrennungsrückständen, bei dem das zum Schmelzen benötigte Brennstoff-/Sauerstoffgemisch oder Brennstoff-Sauerstoff-Luftgemisch unterhalb der auf einem wassergekühlten Rost mit feuerfesten keramischen Kugeln und/oder Koks lagernden Verbrennungsrückstandsschüttung zugeführt wird. Nachteilig ist, dass verfahrensspezifisch nur das Einschmelzen und eine Kombination mit der Schmelzvergasung nicht vorgesehen sind. Weiter nachteilig ist, dass das Brennstoff-/Sauerstoffgemisch oder Brennstoff-Sauerstoff-Luftgemisch zur Erzielung der benötigten Temperaturen oxidierend umgesetzt werden muss. Obwohl die heißen Abgase danach durch die zumindest teilweise Kohlenstoff enthaltende Schüttung geführt und durch Wirkung des Boudouard-Gleichgewichtes energie- und temperaturverbrauchend CO2 und H2O zu CO und H2 reduziert werden, ist das erzielbare Reduktionsvermögen der Abgase in der Schüttung nach dem allgemein bekannten Stand der Technik zum Schmelzen in gasgefeuerten Kupolöfen nicht ausreichend hoch, um schädliche oxidische Schlacken-, Aschen- und Flugstaubbestandteile in ausreichendem Maße zu unschädlichen Oxiden zu reduzieren. Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung von organische Komponenten und Wasser enthaltenden festen Abfallmaterialien und Abfallstoffen vorzuschlagen, das mit einem geringen anlagen- und verfahrenstechnischen Aufwand eine wahlweise Schmelzverbrennung oder Schmelzvergasung von unterschiedlich zusammengesetzten Abfallmaterialien garantiert. - Die Lösung des vorhandenen Problems besteht in einem Entsorgungsaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Angestaltungen dazu sind in der Unteransprüchen genannt.
- Das neue Entsorgungsaggregat hat den Vorteil, dass durch die alternative Inbetriebnahme der Quencheinrichtungen oder der Strahlsauger bei Öffnung der gasdicht schließenden Absperreinrichtungen das Entsorgungsaggregat steuerungstechnisch einfach von der Schmelzvergasung zur Schmelzverbrennung und umgekehrt eingesetzt werden kann. Damit erhöht sich die Einsatzflexibilität des Entsorgungsaggregats und die Betriebssicherheit steigt in technologisch oder produktionsorganisatorisch bedingten Betriebsphasen, wie dem ”Anschmelzen” zu Beginn einer Schmelzreise und starken Abweichungen von der nominellen Schmelzleistung oder dem „Abschmelzen”. Für die Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit des Entsorgungsaggregats ist auch die vom Füllstand abhängige quasikontinuierliche oder kontinuierliche Beschickung bedeutsam. Die Höhe der Schüttung und die Temperatur der aus der Schüttung austretenden Prozessgase bedingen einander und werden durch eine oder mehrere übereinander angeordneten Füllstandsmesseinrichtungen überwacht. Dadurch kann die Temperatur der abzuziehenden Prozessgase grundsätzlich geregelt werden. Die beim Betrieb der Schmelzvergasung in der externen Gaswirtschaft eliminierten flüssigen oder festen C-haltigen oder CH-haltigen Reststoffe und/oder Stäube sowie die mineralischen und/oder C-haltigen Reststoffe können vorteilhafterweise aus der externen Gaswirtschaft bei der Schmelzverbrennung kostengünstig, einfach separat oder gemeinsam mit anderen Stoffen über die an den Stutzen installierten Zuführeinrichtungen dem Entsorgungsaggregat wieder zugeführt und damit entsorgt werden.
- Das erfindungsgemäße Entsorgungsaggregat soll am Beispiel der thermischen Behandlung und Verwertung von Altholz mit Metallteilen, Bahnschwellen und Spanplatten näher erläutert werden. Hierzu zeigt die zugehörige Zeichnung das Entsorgungsaggregat im Halbschnitt. Es ist dargestellt, dass auf der Bodenplatte
1 ein doppelwandig ausgeführtes Ofenschachtteil2 installiert ist, das mit einem Anschluss22 für die Wasserkühlung, mit Absticheinrichtungen3 ;4 für Schlacke und Eisen sowie einem Mannloch23 versehen ist. Unmittelbar daran schließen sich nach oben verschiedenartig geometrisch gestaltete doppelwandige, zylindrische Ofenschachtteile6 ;7 ;8 an, wobei oberhalb des Herdes5 jeweils ein oder mehrere um den Umfang und in der Höhe verteilte Stutzen10.1 ;10.2 ;10.3 zur Aufnahme der mit Zuführungen von Treib- und Schleppgasen komplettierten Injektoren mit in den Innenraum des Entsorgungsaggregats ragenden wassergekühlten Düsen und Stutzen9.1 ;9.2 ;9.3 zur Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszuführungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführungseinrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen angeordnet sind. Die ein zelnen Ofenschachtteile6 ;7 ;8 sind jeweils durch Stutzen24 miteinander verbunden. Oberhalb des Ofenschachtteiles8 schließt sich das konisch, nach oben erweiternde doppelwandige Ofenschachtteil11 an. In das Ofenschachtteil11 ragt ein konisch nach oben verjüngendes Ofenschachtteil13 , das mit dem Ofenschachtteil11 einen schüttungsfreien Raum14 bildet. Direkt am oberen Ende des Ofenschachtteiles13 liegt das Ofenschachtteil15 und daran grenzt die aus einer Schleusenkammer16 , einem unteren Schieber17 und einem oberen Schieber18 bestehende Schleuse mit einer oder mehreren in der Höhe versetzt angeordneten Füllstandsmesseinrichtungen37 an. Ein darüber liegender, eine Chargieröffnung20 aufweisender Schachtteil19 und eine davon getrennt angeordnete, den Schacht19 abschließende Nachverbrennungskammer21 vervollständigen das Entsorgungsaggregat. Das Ofenschachtteil11 hat je ein oder mehrere um den Umfang verteilte Stutzen26 für die Zu- und Abführung eines Heiz- oder Kühlmittels, Stutzen27 für die Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszuführungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführungseinrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen sowie durch das Ofenschachtteil11 von oben in Richtung Bodenplatte1 führende, mit Stutzen28 für die Zu- und Abführung eines Heiz- oder Kühlmittels ausgeführte Quencheinrichtungen12 zur Prozessgasabführung. Der oder die in das Ofeninnere ragenden Stutzen25 zur Prozessgasabführung sind durch je eine Rohrleitung36 mit einem außerhalb des Entsorgungsaggregats, oberhalb der Chargieröffnung20 angeordneten, in eine Nachverbrennungskammer21 führenden Strahlsauger29 , dem eine Absperrvorrichtung34 und eine Einrichtung35 zur Volumenstrommessung in der Rohrleitung36 vorgeschaltet sind, verbunden. Die Stutzen25 ;26 ;27 und die Rohrleitungen36 sind doppelwandig ausgeführt. Der Strahlsauger29 ist weiterhin mit einer Rohrleitung30 für die Zuführung alternativer Brennstoffe, mit einer Treibdüse31 für ein Treibgas, insbesondere Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft, mit einer Mischkammer32 und mit einer in der Ausmauerung der Nachverbrennungskammer21 liegenden Brennkammer33 ausgeführt. Das Ofenschachtteil11 kann damit durch die Zu- und Abführung eines Heiz- oder Kühlmittels über die Stutzen26 entweder beheizt oder gekühlt werden, so dass das aus der Schüttung in den schüttungsfreien Raum14 austretende Prozessgas auf einstellbare Temperaturen oberhalb der Kondensationstemperaturen der im Prozessgas enthaltenen Kohlen-Wasser-Stoffe temperierbar ist. So sind die verfahrenstechnisch notwendigen Temperaturbereiche für die Weiterbehandlung von Prozessgasen sicher einzuhalten. Der oder die in die Nachverbrennungskammer21 führenden Strahlsauger29 garantieren, dass nur vollständig ausgebranntes Gicht- oder Prozessgas austritt und keine latente Gefahr der Überschreitung von Grenzwerten besteht. - Eine bevorzugte Weiterbildung des Entsorgungsaggregats besteht darin, dass die Quencheinrichtungen
12 zur Prozessgasabführung außerhalb des Ofenschachtteiles11 angeordnet sind, mit nicht dargestellten, in den schüttungsfreien Raum14 ragenden Stutzen, Rohren und/oder Rohrbögen und durch die Rohrleitungen36 direkt mit den Strahlsaugern29 verbunden sind und/oder die Quencheinrichtungen12 mit den Rohrleitungen36 einzeln angeordnet sind und/oder die Nachverbrennungskammer21 extern vom Schacht19 angeordnet ist. Sie hat den Vorteil, dass das Entsorgungsaggregat unter Berücksichtigung des jeweiligen Einsatzzweckes variabler ausgeführt und angepasst werden kann. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn ständig wechselnde, unterschiedlich zusammengesetzte Abfallmaterialien und Abfallstoffe, wie beispielsweise aufbereiteter Hausmüll und geshreddertes Altreifenmaterial durch eine Schmelzvergasung oder Klärschlammbriketts mit einer Feuchte von 20% durch eine Schmelzverbrennung, entsorgt werden müssen. - Zur thermischen Behandlung und Verwertung einer Gesamtmenge von 1 t/h Durchsatz Altholz mit Metallteilen, Bahnschwellen und Spanplatten wird das Entsorgungsaggregat vor Prozessbeginn mit Füllkoks bis ca. 500 mm oberhalb der am Stutzen
10.3 angebrachten Injektoren gefüllt. Danach erfolgt wie bei herkömmlichen klassischen Kupolöfen das Anbrennen mit natürlichem Zug, gegebenenfalls unterstützend durch Zugabe von Sauerstoff mittels der Injektoren am Stutzen10.1 . Nach dem Anbrennen, dies bedeutet, dass der Füllkoks durchgebrannt und weißglühend ist, erfolgt das Setzen der Beschickung, welche aus den Zuschlägen 0,04 t/h Koks und 0,04 t/h Kalk zur Einstellung der gewünschten Schlackenzusammensetzung sowie aus 1 t/h Altholz mit Metallanteilen, Bahnschwellen und Spanplatten besteht, über die Chargieröffnung20 und durch die Schleusenkammer16 bis zu einer unterhalb des Schiebers17 angeordneten, nicht dargestellten Füllstandsmesseinrichtung. Danach wird der Schieber17 geschlossen und die Begichtung erfolgt weiter bis zur Füllstandsmesseinrichtung37 unterhalb des Schiebers18 . Dann wird der Schieber18 geschlossen. - Die an den Stutzen
10.1 ;10.2 ;10.3 installierten Injektoren werden in Betrieb genommen. Zuvor wird die nicht dargestellte, periphere Anlagentechnik der Gaswirtschaft bis zum Synthesegasverbraucher, hier ein Blockheizkraftwerk, angefahren und entsprechend den Inbetriebnahmevorschriften in Reihenfolge gestartet. Durch die Injektoren10.1 ;10.2 ;10.3 werden 273 m3/h Sauerstoff sowie Heißwind in den Ofenschacht eingeblasen. Die in den Abfallmaterialien enthaltenen organischen Bestandteile werden so mit dem eingedüsten Sauerstoff zu heißem Prozessgas unter Volumenverringerung und Masseverbrauch umgesetzt. Aus dem nicht vergasbaren organischen Material bildet sich dann sukzessive Pyrolysekoks. Das bis 2000°C heiße Prozessgas steigt unter Wärmabgabe von unten nach oben durch die Schüttung. Abhängig von den sich bildenden Temperaturzonen finden thermochemische Reaktionen zwischen den Phasen Gas, Schmelze, Feststoff und untereinander statt. Beim Absinken der Schüttung laufen Trocknungs-, Entgasungs-, Vergasungs- und Schmelzprozesse ab. Die mineralischen und metallischen Bestandteile der Abfallstoffe schmelzen und fließen oder tropfen nach unten ab. Gleichzeitig werden die durch thermochemische Umsatzreaktionen entstehenden heißen gasförmigen Reaktionsprodukte durch die Quencheinrichtungen12 abgesaugt. Die Temperatur der aus der Schüttung in den schüttungsfreien Raum14 austretenden Prozessgase beträgt etwa 175 °C und wird durch eine Beheizung des doppelwandigen Ofenschachtteiles11 mit Thermoöl bei einer Temperatur von etwa 180°C stabilisiert. Der von den Injektoren10.1 ;10.2 ;10.3 eingebrachte Sauerstoff ist eine wichtige Voraussetzung für den gesamten Prozess der Schmelzvergasung. Mit der Verbrennung des Pyrolysekokses kann der Energiebedarf des Systems dahingehend gesichert werden, dass die Fließfähigkeit von Metall und Schlacke bei einem normalen Einsatz von Satzkoks gewährleistet ist und die für die Pyrolyse und für die Reduktionsarbeit erforderlichen Temperaturen in der Schüttung aufrecht erhalten werden können. Das Rohgas setzt sich aus den in den sich bildenden Temperaturzonen entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukten zusammen. Die Quencheinrichtungen12 fördern ca. 1600 Nm3/h wasserdampfhaltiges Rohgas. Der Wasserdampf wird auskondensiert. Von einer nicht dargestellten Gasreinigung werden somit 1183 Nm3/h Brenngas mit einer Heizleistung von 2,99 MW und einem Heizwert von 2,5 KWh/m3 mit etwa 20% H2, 54% CO, 9% CO2 und ca. 17 % N2 erzeugt. Dieses Brenngas kann beispielsweise von einem Blockheizkraftwerk genutzt werden. Der Umsatz der Einsatzstoffe in den sich bildenden Temperaturzonen führt zu einem kontinuierlichen Absinken der Schüttsäule bis zur nicht dargestellten Füllstandsmesseinrichtung unterhalb des Schiebers17 . Dann wird der Schieber17 geöffnet und das Materialvolumen der Schleusenkammer16 rutscht zentral in Achsrichtung des Entsorgungsaggregats nach unten. Der Schieber17 wird geschlossen, der Schieber18 wird geöffnet und die Schleusenkammer16 wird bis zum Erreichen der Füllstandsanzeige37 wieder gefüllt. Danach erfolgt das Schließen des Schiebers18 . Abhängig von der Leistung des Entsorgungsaggregats, welche durch die Absinkgeschwindigkeit der Schüttung definiert ist, wird ein gegenseitiger Schließ- und Öffnungsrhythmus der Schieber17 und18 eingestellt, der einerseits eine kontinuierliche Füllung des Ofenschachtes gewährleistet und andererseits einen unkontrollierten Falschlufteinbruch verhindert. Ca. 0.09 t/h metallische und ca. 0,07 t/h mineralische Komponenten der Abfallmaterialien werden durch die Abstichvorrichtungen3 ;4 aus dem Entsorgungsaggregat abgestochen. Alle im Rohgas enthaltenen gasförmigen Organika und Gaskomponenten werden vollständig ohne Kondensationserscheinungen durch die Quencheinrichtungen12 abgezogen. Durch eine kontinuierliche on-line-Ermittlung der Parameter Temperatur, Druck, Volumenstrom und durch eine Analyse des nach der Gasanalyse einer Fördereinrichtung, zum Beispiel einem Rootsgebläse oder den Gasmotoren eines Blockheizkraftwerkes, zur Verfügung gestellten Synthesegases und deren interne rechentechnische Verarbeitung innerhalb des Prozess-Management-Systems (PMS) zur Überwachung aller relevanten Prozessdaten kann somit on-line die Feuerungsleistung des Entsorgungsaggregats überwacht werden. Bei einer Unter- bzw. Überschreitung der Grenzwerte, die durch untere Heizwerte zwischen 2,0 und 2,5 kWh/Nm3 des Synthesegases definiert sind, wird über die rechentechnisch abgeleitete Änderung des Verhältnisses der über die Injektoren10.1 ;10.2 ;10.3 eingebrachten Sauerstoff- und Heißwindmengen auf diese Veränderungen reagiert. - Bei einer Störung des bestimmungsgemäßen Betriebes des Entsorgungsaggregats durch sich ändernde Zusammensetzungen der Abfallmaterialien und der Abfallstoffe kann das Entsorgungsaggregat problemlos von der Schmelzvergasung auf eine Schmelzverbrennung umgeschaltet werden. Dies ist durch eine Öffnung der in den Rohrleitungen
36 angeordneten, gasdicht schließenden Absperreinrichtungen34 und durch eine gleichzeitige Außerbetriebsetzung der Quencheinrichtungen12 möglich, wodurch der durch die Volumenstrommessung35 definierte Gastrom dem Strahlsauger29 zugeführt und unter Beimischung einer Luftmenge entsprechend I = 2,5 durch die Treibdüse31 vollständig ausgebrannt wird. Die Zündung des in der Mischkammer32 des Strahlsaugers29 gebildeten Gasgemisches erfolgt zunächst über eine nicht dargestellte externe Zündeinrichtung, beispielsweise einen Zündbrenner, die nach Erreichen der Betriebstemperatur in der Brennkammer33 und damit verbundener Selbstzündung der Gase stillgelegt werden kann. -
- 1
- Bodenplatte
- 2
- doppelwandiges Ofenschachtteil
- 3
- Absticheinrichtung für Eisen
- 4
- Absticheinrichtung für Schlacke
- 5
- Herd
- 6
- doppelwandiges zylindrisches Ofenschachtteil
- 7
- doppelwandiges zylindrisches Ofenschachtteil
- 8
- doppelwandiges zylindrisches Ofenschachtteil
- 9.1
- Stutzen
- 9.2
- Stutzen
- 9.3
- Stutzen
- 10.1
- Stutzen
- 10.2
- Stutzen
- 10.3
- Stutzen
- 11
- konisch, nach oben erweitertes doppelwandiges Ofenschachtteil
- 12
- Quencheinrichtung
- 13
- konisch, nach oben verjüngendes Ofenschachtteil
- 14
- schüttungsfreier Raum
- 15
- Ofenschachtteil
- 16
- Schleusenkammer
- 17
- unterer Schieber
- 18
- oberer Schieber
- 19
- Schacht/Schachtteil
- 20
- Chargieröffnung
- 21
- Nachverbrennungskammer
- 22
- Anschluss für Wasserkühlung
- 23
- Mannloch
- 24
- Stutzen
- 25
- Stutzen
- 26
- Stutzen
- 27
- Stutzen
- 28
- Stutzen
- 29
- Strahlsauger
- 30
- Rohrleitung
- 31
- Treibdüse
- 32
- Mischkammer
- 33
- Brennkammer
- 34
- Absperreinrichtung
- 35
- Einrichtung zur Volumenstrommessung
- 36
- doppelwandige Rohrleitung
- 37
- Füllstandsmesseinrichtung
Claims (5)
- Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung von organische Komponenten und Wasser enthaltenden festen Abfallmaterialien und Abfallstoffen, bestehend aus A. einer Bodenplatte (
1 ), B. einem darauf aufgesetzten, einen Herd (5 ) bildenden zylindrischen, doppelwandigen Ofenschacht (2 ) mit Abstichvorrichtungen (3 ;4 ) für Schlacke und Eisen, C. unmittelbar daran nach oben sich anschließende sich verschiedenartig geometrisch gestalteten Ofenschachtteilen (6 ;7 ;8 ;11 ;13 ;15 ;19 ), D. wobei die doppelwandigen Ofenschachtteile (6 ;7 ) mehrere um den Umfang und in der Höhe verteilt angeordnete Stutzen (10.1 ;10.2 ;10.3 ) zur Aufnahme von Injektoren zur gemeinsamen Zuführung von Treib- und Schleppgasen und E. Stutzen (9.1 ;9.2 ;9.3 ) zur Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszuführungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführeinrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen haben, F. wobei an das Ofenschachtteil (8 ) das konisch, sich nach oben erweiternde doppelwandige Ofenschachtteil (11 ) anschließt; G. wobei in das Ofenschachtteil (11 ) ein sich konisch nach oben verjüngendes Ofenschachtteil (13 ) ragt, das mit dem Ofenschachtteil (11 ) einen schüttungsfreien Raum (14 ) bildet; H. wobei am Ofenschachtteil (11 ) je ein oder mehrere um den Umfang verteilte Stutzen (26 ) für die Zu- und Abführung eines Heiz- oder Kühlmittels, I. Stutzen (27 ) für die Aufnahme von Schaulöchern und/oder Brenner- und/oder Gaszuführungs- und/oder Reinigungseinrichtungen und/oder Flüssigkeitszuführungseinrichtungen und/oder Feststoffzuführungseinrichtungen sowie J. Quencheinrichtungen (12 ) zur Prozessgasabführung angeordnet sind, wobei die Quencheinrichtungen (12 ) durch das Ofenschachtteil (11 ) von oben in Richtung Bodenplatte (1 ) führen und die mit Stutzen (28 ) für die Zu- und Abführung eines Heiz- oder Kühlmittels ausgeführt sind; K. wobei oberhalb des Ofenschachtteils (13 ) eine aus einer Schleusenkammer (16 ) mit einer oder mehreren übereinander angeordneten Füllstandsmesseinrichtungen (37 ) sowie einem unteren Schieber (17 ) und einem oberen Schieber (18 ) bestehende Schleuse aufweist; L. wobei über der Schleuse das eine Chargierungsöffnung (20 ) aufweisende Schachtteil (19 ) und M. eine davon getrennte, das Schachtteil (19 ) abschließende, eine Ausmauerung aufweisende Nachverbrennungskammer (21 ) angeordnet ist; N. wobei die Nachverbrennungskammer (21 ) einen Stutzen zur Aufnahme eines Stützbrenners zur Unterstützung der Nachverbrennungsprozesse und einen Abgasstutzen aufweist; O. wobei dazu ein oder mehrere in das Ofeninnere in den schüttungsfreien Raum (14 ) ragende Stutzen (25 ) zur Prozessgasabführung durch je eine Rohrleitung (36 ) mit einem außerhalb des Entsorgungsaggregates, oberhalb der Chargierungsöffnung (20 ) angeordneten, in die Nachverbrennungskammer (21 ) führende Strahlsauger (29 ), dem eine Absperrvorrichtung (34 ) und eine Einrichtung (35 ) zur Volumenstrommessung in der Rohrleitung (36 ) vorgeschaltet sind und der mit einer Rohrleitung (30 ) für die Zuführung alternativer Brennstoffe, mit einer Treibdüse (31 ) für Treibgas, mit einer Mischkammer (32 ) und mit einer in der Ausmauerung der Nachverbrennungskammer (21 ) liegenden Brennkammer (33 ) ausgeführt ist. - Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quencheinrichtungen (
12 ) zur Prozessgasabführung außerhalb des Ofenschachtteiles (11 ) angeordnet sind, mit in den schüttungsfreien Raum (14 ) ragenden Stutzen, Rohren und/oder Rohrbögen und durch die Rohrleitungen (36 ) direkt mit den Strahlsaugern (29 ) verbunden sind. - Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quencheinrichtungen (
12 ) mit den Rohrleitungen (36 ) einzeln angeordnet sind. - Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stutzen (
25 ;26 ;27 ) und die Rohrleitungen (36 ) doppelwandig ausgeführt sind. - Entsorgungsaggregat zur Schmelzvergasung oder Schmelzverbrennung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachverbrennungskammer (
21 ) extern vom Schachtteil (19 ) angeordnet ist.
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-
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