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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine neue Verbrennungsanlage für flüssige und
feste Rückstände. Außerdem betrifft
die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Verbrennung flüssiger und
fester Rückstände.
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Stand der Technik
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Ein
Verfahren zur Reduzierung der Konzentration von Stickoxiden (NOx) in Abgasen von Verbrennungsanlagen, bei
dem man wässrige
Natronlauge oder andere metallhaltige Verbindungen in die Verbrennungszone
einer Verbrennungsanlage einsprüht,
ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 01/15796 bekannt.
Als Verbrennungsanlage wird ein radialer Ofen verwendet, der senkrecht
nach unten befeuert wird. Als Brennmaterial werden Erdgas oder pulverisierte
Kohle verwendet.
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Ob
und, wenn ja, inwieweit ein solches Verfahren auf eine Verbrennungsanlage
für flüssige und feste
Rückstände, die
einen Drehrohrofen umfasst, übertragen
werden kann, geht aus der internationalen Patentanmeldung nicht
hervor.
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Bekanntermaßen wird
die Verbrennung von flüssigen
und festen Rückständen, insbesondere flüssigen und
festen Abfällen,
in Verbrennungsanlagen durchgeführt,
die Drehrohröfen
umfassen. Bei der Verbrennung entstehen bekanntermaßen Rauchgase,
die NOx enthalten. Deren Konzentration in
den Reingasen, die in die Atmosphäre geleitet werden, wird aber
durch das BlmSchG begrenzt, wobei die betreffenden Vorschriften
ständig
verschärft
werden. Um die schädlichen
Emissionen einer gegebenen Verbrennungsanlage zu verringern, ist
es daher unter Umständen
erforderlich, die Verbrennungsanlagenleistung zu verringern oder
sogar die Abfallverbrennung zeitweise einzustellen. Die Verringerung
der Verbrennungsanlagenleistung verteuert aber die Rückstandsverbrennung
erheblich.
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Aufgabe
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Verbrennungsanlage
für flüssige und
feste Rückstände, umfassend
einen Drehrohrofen, bereitzustellen, die die Nachteile des Standes
der Technik nicht mehr länger
aufweist. Insbesondere sollen die Abgase des Drehrohrofens der neuen
Verbrennungsanlage für
flüssige
und feste Rückstände, insbesondere
flüssige
und feste Abfälle,
eine signifikant niedrigere Konzentration an Stickoxiden (NOx), Schwefeloxiden (SOx)
und anderen sauren Verbindungen wie Salzsäure oder Flusssäure aufweisen
als die Abgase des Drehrohrofens einer herkömmlichen Verbrennungsanlage.
Dadurch soll es möglich
werden, auch bei Verringerung der NOx Grenzwerte
durch den Gesetzgeber eine Verringerung der Verbrennungsanlagenleistung
bis hin zur zeitweisen Einstellung der Abfallverbrennung und Umstellung
auf den Gasbetrieb zu vermeiden.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Demgemäß wurde
die neue Verbrennungsanlage für
flüssige
und feste Rückstände gefunden, umfassend
einen in der Transportrichtung des Verbrennungsmaterials schräg abfallend
gelagerten, um die Längsachse
drehbaren Drehrohrofen (1), umfassend
- (1.1)
eine längsseitige
Metallröhre
mit innen liegender feuerfester Auskleidung,
- (1.2) eine Verbrennungszone am oberen Ende der Metallröhre (1.1),
- (1.3) einen Auslassbereich am unteren Ende der Metallröhre (1.1),
- (1.4) eine obere Stirnwand, die die Verbrennungszone
(1.2) nach außen
abschließt,
in der
(1.4.1) mindestens ein Brenner mit mindestens
einer Zufuhr (1.4.1.1) für flüssige organische Rückstände und/oder
Gase,
(1.4.2) mindestens ein Brenner mit mindestens
einer Zufuhr (1.4.2.1) für in Wasser gelöste oder dispergierte
Rückstände oder
für reines
Wasser und
(1.4.3) mindestens eine Vorrichtung für die Aufgabe
von festen Rückständen mit
mindestens einer Zufuhr (1.4.3.1)
vorhanden sind,
und
- (1.5) eine untere Stirnwand, die den Auslassbereich
(1.3) nach außen
abschließt,
in der
(1.5.1) mindestens ein Auslass für feste
Verbrennungsprodukte und
(1.5.2) mindestens ein Auslass
für Abgase
vorhanden
sind,
dadurch gekennzeichnet, dass in der oberen Stirnwand
(1.4) noch mindestens eine Vorrichtung (1.4.4) zum
Eindüsen
wässriger
Lösungen
und/oder Dispersionen von Metallverbindungen in die Verbrennungszone
(1.2) mit mindestens einer Zufuhr (1.4.4.1) für die wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen von Metallverbindungen vorhanden ist.
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Im
Folgenden wird die neue Verbrennungsanlage für flüssige und feste Rückstände der
Kürze halber
als »erfindungsgemäße Anlage« bezeichnet.
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Außerdem wurde
das neue Verfahren für
die Verbrennung von festen und flüssigen Rückständen gefunden, bei dem man
eine erfindungsgemäße Anlage
verwendet und das im Folgenden als »erfindungsgemäßes Verfahren« bezeichnet
wird.
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Vorteile der Erfindung
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Im
Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann
nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung
zugrunde lag, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens
gelöst
werden konnte.
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Insbesondere
war es überraschend,
dass die Reingase, die die erfindungsgemäße Anlage verlassen, eine signifikant
niedrigere Konzentration an Stickoxiden (NOx),
Schwefeloxiden (SOx) und anderen sauren
Verbindungen wie Salzsäure
aufwiesen als die Reihengase einer herkömmlichen Verbrennungsanlage.
Dadurch war es möglich,
auch bei Verringerung der NOx-Grenzwerte
durch den Gesetzgeber eine Verringerung der Verbrennungsanlagenleistung
bis hin zur zeitweisen Einstellung der Abfallverbrennung und Umstellung
auf den Gasbetrieb zu vermeiden. Außerdem konnten erhebliche Einsparungen
an Erdgas realisiert werden.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Anlage
dient der Verbrennung von flüssigen
und festen Rückständen, insbesondere
flüssigen
und festen Abfällen.
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Die
flüssigen
Rückstände oder
Abfälle
können
flüssig
oder pastös
sein. Sie können
von rein organischer Natur sein, wie beispielsweise organische Lösemittel
und Lösungen
oder Dispersionen von niedermolekularen, oligomeren und polymeren,
organischen und anorganischen Verbindungen in organischen Lösemitteln.
Sie können
aber auch wässrig sein,
d. h., es kann sich um Lösungen
oder Dispersionen von niedermolekularen, oligomeren und polymeren,
organischen und anorganischen Verbindungen in Wasser handeln. Es
ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage, dass organische und
wässrige
flüssige
Rückstände oder
Abfälle gleichzeitig
verbrannt werden können.
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Bei
den festen Rückständen oder
Abfällen handelt
es sich um feste brennbare Materialien wie Holz, Papier, Pappe und
Kunststoffe.
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Der
erfindungswesentliche Bestandteil der erfindungsgemäßen Anlage
ist ein Drehrohrofen (1).
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Der
Drehrohrofen (1) ist um seine Längsachse drehbar und in der
Transportrichtung des Verbrennungsmaterials schräg abfallend gelagert.
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Der
Drehrohrofen (1) umfasst eine längsseitige Metallröhre (1.1)
mit innen liegender feuerfester Auskleidung. Vorzugsweise ist die
Metallröhre
(1.1) eine Stahlröhre.
Vorzugsweise besteht die feuerfeste Auskleidung aus einer feuerfesten
Keramik.
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Die
Wandstärke
der Metallröhre
(1.1) und die Dicke der feuerfesten Auskleidung kann ebenfalls
variieren und richtet sich nach den Erfordernissen des Einzelfalls,
insbesondere nach den Erfordernissen der Stabilität und der
thermischen Isolierung, sodass sie vom Fachmann ohne Weiteres unter
Zuhilfenahme seines allgemeinen Fachwissens ausgewählt werden
kann.
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Der
Drehrohrofen (1) umfasst eine Verbrennungszone (1.2)
am oberen Ende der Metallröhre (1.1)
und einen Auslassbereich (1.3) am unteren Ende der Metallröhre (1.1).
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Des
Weiteren umfasst der Drehrohrofen eine obere Stirnwand (1.4),
die die Verbrennungszone (1.2) nach außen hin abschließt.
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In
der oberen Stirnwand (1.4) sind
- (1.4.1)
mindestens ein, insbesondere ein, Brenner mit mindestens einer Zufuhr
(1.4.1.1) für
flüssige organische
Rückstände und/oder
Gase, insbesondere einer Zufuhr (1.4.1.1) für flüssige organische
Rückstände, insbesondere
der vorstehend genannten Art, und einer Zufuhr (1.4.1.1)
für Gase,
vorzugsweise brennbare Gase, wie Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan,
Stadtgas oder Erdgas, die vorzugsweise zur Stützfeuerung verwendet werden;
- (1.4.2) mindestens ein, insbesondere ein, Brenner mit
mindestens einer, insbesondere einer, Zufuhr (1.4.2.1)
für in
Wasser gelöste
oder dispergierte Rückstände, insbesondere
der vorstehend genannten Art, oder für reines Wasser und
- (1.4.3) mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung
für die
Aufgabe von festen Rückständen, insbesondere
der vorstehend genannten Art, mit mindestens einer Zufuhr (1.4.3.1)
für diese
Rückstände, vorzugsweise
in der Form eines senkrechten Fallschachtes mit der unteren Austrittsöffnung oder
Schurre in der oberen Stirnwand (1.2) des Drehrohrofens,
vorhanden
bzw. angeordnet.
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Für die erfindungsgemäße Anlage
ist es wesentlich, dass in der oberen Stirnwand (1.4) noch mindestens
eine Vorrichtung (1.4.4) zum Eindüsen wässriger Lösungen und/oder Dispersionen,
insbesondere wässriger
Lösungen,
von Metallverbindungen in die Verbrennungszone (1.2) mit
mindestens einer, insbesondere einer, Zufuhr (1.4.4.1)
für die wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen der Metallverbindungen vorhanden ist.
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Vorzugsweise
ist die Zufuhr (1.4.4.1) mit mindestens einem, insbesondere
einem, Vorratsbehälter für die wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen der Metallverbindungen verbunden. Bevorzugt
ist der Vorratsbehälter
so dimensioniert, dass eine mehrstündige, insbesondere mehrtägige kontinuierliche Zufuhr
der wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen der Metallverbindungen gesichert ist.
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Als
Metallverbindungen kommen die in der internationalen Patentanmeldung
WO 01/15796, Seite 9, Zeilen 21 bis 29, beschriebenen Metallverbindungen
in Betracht. Bevorzugt wird Natriumhydroxid, besonders bevorzugt
wässrige
Natronlauge, ganz besonders bevorzugt 20- bis 50-prozentige wässrige Natronlauge
und insbesondere 30- bis
35-prozentige wässrige
Natronlauge verwendet.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung (1.4.4) eine Lanze, die in die Verbrennungszone
(1.2) hineinragt.
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Vorzugsweise
umfasst die Lanze (1.4.4)
- (1.4.4.2)
ein Innenrohr für
die Zufuhr der wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen der Metallverbindungen, insbesondere wässrige Natronlauge
- (1.4.4.3) ein das Innenrohr (1.4.4.2) umgebendes Außenrohr
für die
Zufuhr von unter Überdruck
stehenden oxidierenden Gasen, bevorzugt Sauerstoff oder Gemische
von Sauerstoff mit inerten, d. h. nicht brennbaren, Gasen, insbesondere
Luft, und
- (1.4.4.4) einen Düsenkopf.
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Vorzugsweise
steht das oxidierende Gas unter einem Überdruck von 1,2 bis 10 bar,
bevorzugt 1,5 bis 8 bar, besonders bevorzugt 1,5 bis 6 bar und insbesondere
1,5 bis 4 bar.
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Als
Düsenkopf
(1.4.4.4) kommen die üblichen
und bekannten Düsenkopfe
in Betracht. Vorzugsweise umfasst der Düsenkopf (1.4.4.4)
- (1.4.4.4.1) eine Düsenscheibe,
- (1.4.4.4.2) eine der Düsenscheibe in Sprührichtung
nachgeschaltete Vorrichtung, die dem aus der Düsenscheibe (1.4.4.4.1)
austretenden Flüssigkeit/oxidierendes
Gas-Gemisch, insbesondere Flüssigkeit/Druckluft-Gemisch,
einen Drall verleiht, und
- (1.4.4.4.3) eine Austrittsöffnung für das Flüssigkeit/oxidierendes Gas-Gemisch,
insbesondere Flüssigkeit/Druckluft-Gemisch.
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Als
Düsenscheibe
(1.4.4.4.1) kommen alle üblichen und bekannten Düsenscheiben
in Betracht. Vorzugsweise sind in der Düsenscheibe (1.4.4.4.1) im
Zentrum eine Austrittsöffnung
(1.4.4.4.1a) für
die wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen und am Rande mindestens zwei, bevorzugt mindestens
drei und insbesondere mit mindestens vier Austrittsöffnungen
(1.4.4.4.1b) für
die unter Überdruck
stehenden oxidierenden Gase, insbesondere Druckluft, angeordnet.
Bevorzugt sind die Austrittsöffnungen (1.4.4.4.1b)
symmetrisch um die Austrittsöffnung (1.4.4.4.1b)
angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung (1.4.4.4.2) eine drehbar gelagerte
Drallscheibe oder eine feststehende Scheibe mit vom Zentrum zum
Rand schräg
verlaufenden Einschnitten oder erhabenen Stegen; bevorzugt ist sie
eine feststehende Scheibe.
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Die
Brenner (1.4.1) und (1.4.2), die Vorrichtung (1.4.3)
und die Vorrichtung (1.4.4) können in der oberen Stirnwand
(1.4) in unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet sein.
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So
kann in der oberen Stirnwand (1.4) der Brenner (1.4.1)
oberhalb des Brenners (1.4.2) angeordnet sein.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung (1.4.3) unterhalb der Brenner (1.4.1)
und (1.4.2) angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung (1.4.4) oberhalb der Vorrichtung (1.4.3)
angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung (1.4.4) unterhalb des Brenners (1.4.2)
oder auf derselben Höhe wie
dieser angeordnet.
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Besonders
bevorzugt sind der Brenner (1.4.1) oberhalb des Brenners
(1.4.2), die Vorrichtung (1.4.4) unterhalb des
Brenners (1.4.2) oder auf derselben Höhe wie dieser und die Vorrichtung (1.4.3)
unterhalb der Vorrichtung (1.4.4) angeordnet.
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Der
Drehrohrofen (1) umfasst außerdem eine untere Stirnwand
(1.5), die den Auslassbereich (1.3) nach außen hin
abschließt.
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In
der unteren Stirnwand (1.5) sind mindestens ein, insbesondere
ein Auslass (1.5.1) für
feste Verbrennungsprodukte, insbesondere Schlacken und Flugasche,
und mindestens ein Auslass für
die Abgase (1.5.2) angeordnet. Naturgemäß befindet sich der Auslass
(1.5.1) im unteren Bereich der unteren Stirnwand (1.5),
sodass die festen Verbrennungsprodukte quantitativ aus dem Drehrohrofen
(1) entfernt werden können.
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Darüber hinaus
umfasst der Drehrohrofen (1) übliche und bekannte Vorrichtungen
für seine
Lagerung, übliche
und bekannte regelbare Motoren für seine
Drehung, Sichtfenster in der oberen und der unteren Stirnwand (1.4)
und (1.5) sowie übliche
und bekannte mechanische, pneumatische, optische und elektronische
Vorrichtungen für
die Messung und die Regelung der Betriebsparameter, insbesondere
die Verbrennungstemperatur. Vorzugsweise werden die gemessenen Betriebsparameter
kontinuierlich einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage zugeführt, worin
sie ausgewertet werden. Die elektronische Datenverarbeitungsanlage
verwendet die ausgewerteten Daten zur kontinuierlichen Regelung
der erfindungsgemäßen Anlage,
insbesondere des Drehrohrofens (1).
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Die
Dimensionen des Drehrohrofens (1) können sehr breit variieren und
richten sich insbesondere nach seiner Verbrennungskapazität. Der Fachmann
kann daher die für
eine vorgegebene Verbrennungskapazität geeigneten Dimensionen mit
Hilfe seines allgemeinen Fachwissens ohne weiteres auswählen.
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Vorzugsweise
hat der Drehrohrofen (1) eine Verbrennungskapazität von 5.000
bis 30.000 Tonnen, insbesondere 10.000 bis 20.000 Tonnen, an flüssigen und
festen Rückständen pro
Jahr.
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Bevorzugt
hat die Metallröhre
(1.1) des Drehrohrofens (1) eine Länge von
8 bis 12 m, insbesondere 9 bis 11 m, und einen Durchmesser von 2
bis 3,5 m, insbesondere 2,5 bis 3 m.
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Darüber hinaus
kann die erfindungsgemäße Anlage
noch weitere Vorrichtungen umfassen, die für ihren Betrieb vorteilhaft
sind.
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So
ist die Zufuhr (1.4.3.1) zur Vorrichtung (1.4.3)
mit einer Mischtrommel (2) verbunden, die der Vermischung
der zerkleinerten festen Rückstände dient.
Diese ist wiederum mit einer Aufgabevorrichtung (3) verbunden,
die vorzugsweise eine Rotorschere (3.1) für das Zerkleinern
der festen Rückstände umfasst.
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Außerdem sind
die Auslässe
(1.5.1) und (1.5.2) der unteren Stirnwand (1.5)
vorzugsweise mit einer vorzugsweise ausgemauerten Nachbrennkammer
(4) vorzugsweise aus Stahl verbunden. Bevorzugt umfasst
die Nachbrennkammer (4) mindestens einen Brenner, dessen
Funktion es ist, die Mindesttemperatur während des Betriebs der erfindungsgemäßen Anlage
auf mindestens 850°C
zu halten.
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Bevorzugt
ist im unteren Teil der Nachbrennkammer (4) ein Nassentschlacker
(5) angeordnet, über
den die Flugasche und die Schlacken ausgetragen werden können.
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Vorzugsweise
ist die Nachbrennkammer (4) mit einem Abhitzekessel (6)
verbunden. Im Abhitzekessel (6) werden die heißen Abgase
aus der Nachbrennkammer (4) abgekühlt, beispielsweise auf 300°C. Die resultierende
Abwärme
dient der Dampferzeugung.
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Vorzugsweise
ist der Abhitzekessel (6) mit einer Rauchgasreinigungsanlage
(7) verbunden. Bevorzugt umfasst die Rauchgasreinigungsanlage
(7) mindestens einen, insbesondere einen, Vorzyklon (7.1),
mindestens einen Absorptionsturm (7.2) und mindestens einen
Gewebefilter (7.3).
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In
dem Vorzyklon (7.1) werden gegebenenfalls noch im Abgas
vorhandene Flugaschereste abgetrennt. Anschließend wird das Abgas im Gleichstrom
mit wässriger
Natronlauge im Absorptionsturm (7.2) gewaschen. Zusätzlich kann
noch Wasser eingedüst
werden, um die Abgase weiter abzukühlen, beispielsweise auf 160°C, damit
der Gewebefilter (7.3) nicht geschädigt wird. Durch den Gewebefilter (7.3)
werden die im Absorptionsturm gebildeten Stäube und Salze abgeschieden.
Anschließend
werden die resultierenden gereinigten Abgase oder Reingase einem
mit der Rauchgasanlage (7) verbundenen Abgaskamin (8)
zugeführt.
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Darüber hinaus
umfasst die erfindungsgemäße Anlage übliche und
bekannte Vorrichtungen für den
Transport von Gasen, Flüssigkeiten
und Festkörpern
innerhalb der Anlage, Vorrichtungen für den Abtransport und die Entsorgung
von Flugasche und Schlacken sowie mechanische, pneumatische, optische,
elektronische und chemische Vorrichtungen für die Messung und die Regelung
der Betriebsparameter der erfindungsgemäßen Anlage. Vorzugsweise werden
die gemessenen Betriebsparameter kontinuierlich zentral in einer
elektronischen Datenverarbeitungsanlage ausgewertet, und die ausgewerteten Daten
werden zur Regelung der erfindungsgemäßen Anlage verwendet. Selbstverständlich ist
dabei die vorstehend beschriebene Messung und Regelung der Betriebsparameter
des Drehrohrofens (1) in die Messung und die Regelung der
Betriebsparameter der gesamten erfindungsgemäßen Anlage integriert.
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Der
wesentliche Steuergröße für die erfindungsgemäße Anlage
ist die Konzentration an Stickoxiden (NOx),
Schwefeloxiden (SOx) und anderen sauren
Verbindungen wie Satzsäure
oder Flusssäure,
insbesondere die Konzentration an Stickoxiden (NOx),
im Reingas, das über
den Abgaskamin (9) in die Atmosphäre entweicht.
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Die
erfindungsgemäße Anlage
dient der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
liegt der durchschnittliche Durchsatz an flüssigen und festen Rückständen vorzugsweise
bei 0,57 bis 3,42 Tonnen pro Stunde, insbesondere 1,14 bis 2,28
Tonnen pro Stunde.
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Vorzugsweise
liegt die Temperatur in der Verbrennungszone (1.2) bei
850 bis 1.150°C.
Wird eine Temperatur von 850°C
unterschritten, wird vorzugsweise gegengesteuert, indem über den
Brenner (1.4.1) eine Stützfeuerung
durch die Zufuhr von brennbaren Gasen erfolgt.
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Die
Zufuhr der wässrigen
Lösungen und/oder
Dispersionen der Metallverbindungen durch die Vorrichtung (1.4.4.1)
wird anhand der Konzentration an Stickoxiden (NOx),
Schwefeloxiden (SOx) und/oder anderen sauren
Verbindungen wie Salzsäure
oder Flusssäure
insbesondere der Konzentration an Stickoxiden (NOx),
im Reingas, das über
den Abgaskamin (9) in die Atmosphäre geleitet werden soll, geregelt.
Steigt diese Konzentration an, wird die Zufuhr der wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen der Metallverbindungen erhöht, sinkt sie ab, kann auch
die Zufuhr gedrosselt werden. Vorzugsweise beträgt der maximale Durchsatz der wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen der Metallverbindungen das 0,05-fache des
durchschnittlichen Durchsatzes an flüssigen und festen Rückständen.
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Vorzugsweise
werden die wässrigen
Lösungen
und/oder Dispersionen der Metallverbindungen, insbesondere der wässriger
Natronlauge, als Nebel in die Verbrennungszone (1.2) eingedüst oder
eingesprüht.
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Durch
das Einsprühen
werden im Drehrohrofen (1) zwei Verbrennungszonen (1.2)
erzeugt, wobei in der oberen Verbrennungszone (1.2) die
gasförmigen
Rückstände und
in der unteren Verbrennungszone (1.2) die festen Rückstände verbrannt
werden.
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Die
erfindungsgemäße Anlage
und das erfindungsgemäße Verfahren
werden anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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1 zeigt
ein Fließschema
der erfindungsgemäßen Anlage.
Das Fließschema
ist eine schematische Wiedergabe, die den Aufbau und die Funktion
der erfindungsgemäßen Anlage
verdeutlichen soll.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäß zu verwendende
Lanze zum Einsprühen
von wässriger
Natronlauge. Die Wiedergabe ist schematisch und soll den Aufbau
und die Funktion der Lanze veranschaulichen.
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In der 1 haben
die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:
- (1)
- Drehrohrofen,
- (1.1)
- Metallröhre mit
innen liegender feuerfester Auskleidung,
- (1.2)
- Verbrennungszone,
- (1.3)
- Auslassbereich,
- (1.4)
- obere
Stirnwand,
- (1.4.1)
- Brenner
für flüssige organische
Rückstände und/oder
Gase,
- (1.4.1.1)
- Zufuhr
für flüssige organische
Rückstände und/oder
Gase,
- (1.4.2)
- Brenner
für in
Wasser gelöste
oder dispergierte Rückstände oder
für reines Wasser,
- (1.4.2.1)
- Zufuhr
für in
Wasser gelöste
oder dispergierte Rückstände oder
für reines
Wasser,
- (1.4.3)
- Vorrichtung
für die
Aufgabe von festen Rückständen,
- (1.4.3.1)
- Zufuhr
für feste
Rückstände,
- (1.4.4)
- Vorrichtung
zum Eindüsen
wässriger
Lösungen
und/oder Dispersionen von Metallverbindungen,
- (1.4.4.1)
- Zufuhr
für wässrige Lösungen und/oder Dispersionen
von Metallverbindungen,
- (1.5)
- untere
Stirnwand,
- (1.5.1)
- Auslass
für feste
Verbrennungsprodukte,
- (1.5.2)
- Auslass
für Abgase,
- (2)
- Mischtrommel,
- (3)
- Aufgabevorrichtung
für feste
Rückstände,
- (3.1)
- Rotorschere
für das
Zerkleinern von festen Rückständen,
- (4)
- Nachbrennkammer,
- (5)
- Nassentschlacker,
- (6)
- Abhitzekessel,
- (7)
- Rauchgasreinigungsanlage,
- (7.1)
- Vorzyklon,
- (7.2)
- Absorptionsturm,
- (7.3)
- Gewebefilter
und
- (8)
- Abgaskamin.
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In der 2 haben
die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:
- (1.4.4)
- Lanze
zum Eindüsen
wässriger
Natronlauge,
- (1.4.4.1)
- Zufuhr
für wässrige Natronlauge,
- (1.4.4.2)
- Innenrohr
für die
Zufuhr von wässriger Natronlauge,
- (1.4.4.3)
- Außenrohr
für die
Zufuhr von Druckluft,
- (1.4.4.4)
- Düsenkopf,
- (1.4.4.4.1)
- Düsenscheibe,
- (1.4.4.4.2)
- feststehende
Scheibe mit vom Zentrum zum Rand schräg verlaufenden Einschnitten
und
- (1.4.4.4.3)
- Austrittsöffnung für das Gemisch
aus wässriger
Natronlauge und Druckluft.
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Die
erfindungsgemäße Anlage
der 1 hat eine Verbrennungskapazität von 14.000 Tonnen an flüssigen und
festen Rückständen pro
Jahr. Auf Grund dieser Verbrennungskapazität kann sie im Abhitzekessel
(6) maximal 10 Tonnen pro Stunde Dampf einer Temperatur
von 180°C
und eines Drucks von maximal 10 bar erzeugen.
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In
der Aufgabevorrichtung (3) für feste Rückstände werden feste Abfälle, die
bei der Herstellung von Lacke und Farben entstehen, mit einer Rotorschere
(3.1) zerkleinert. Die zerkleinerten Abfälle werden
mit üblichen
und bekannten Transportvorrichtungen der Mischtrommel (2)
zugeführt.
Die Mischtrommel (2) dient dem weiteren Homogenisieren
und dem Puffern der zerkleinerten Abfälle. Durch das Umschalten der
Drehrichtung der Mischtrommel (2) kann zwischen Förderbetrieb
in den Drehrohrofen (1) oder dem reinen Mischbetrieb gewählt werden. Die
variable Drehzahl ermöglicht
dabei eine Regelung der Fördermenge
in den Drehrohrofen (1) oder eine intensive Durchmischung
der Rückstände.
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Die
zerkleinerten Abfälle
werden aus der Mischtrommel (2) über die Vorrichtung (1.4.3)
für die Aufgabe
von festen Rückständen in
den Drehrohrofen (1) dosiert. Diese besteht im Wesentlichen
aus einem senkrechten Fallschacht (1.4.3.1), der bis zum unteren
Bereich der oberen Stirnwand (1.4) führt und dort in einer Schurre
endet, aus der die zerkleinerten Abfälle in den Drehrohrofen (1)
fallen.
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Die
Stahlröhre
(1.1) des Drehrohrofens (1) ist 9,95 m lang und
hat einen Durchmesser von 2,7 m. Ihre Wandstärke beträgt 30 cm. Sie ist mit einer
feuerfesten Keramik mit einer Dicke von 25 cm ausgekleidet. Ihr
Neigungswinkel beträgt
4°.
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Im
Drehrohrofen (1) werden die zerkleinerten Abfälle in der
Verbrennungszone (1.2) entzündet und bei einer Temperatur
von 850 bis 1.150°C
verbrannt. Die Verweilzeit beträgt
45 Minuten. Durch die Drehung und die Neigung des Drehrohrofens
(1) werden die festen Verbrennungsprodukte, insbesondere
die Schlacken und ein Teil der Flugasche, zum Auslassbereich (1.3)
transportiert. Dort befindet sich in der unteren Stirnwand (1.5)
ein Auslass (1.5.1) für
die festen Verbrennungsprodukte. Dort werden sie in die Nachbrennkammer
(4) eingetragen und fallen durch einen Ausfallschacht in
den Nassentschlacker (5), worin sie mit Wasser gekühlt werden.
Anschließend werden
die erkalteten Schlacken ausgetragen und entsorgt.
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Schmutzwasser,
das gelöstes
und dispergiertes organisches Material enthält, wird aus Vorratsbehältern über eine
Zufuhr (1.4.2.1) über
den Brenner (1.4.2) in die Verbrennungszone (1.2)
dosiert. Der Brenner (1.4.2 befindet sich im mittleren Bereich
der oberen Stirnwand (1.4) unterhalb des Brenners (1.4.1)
und oberhalb der Lanze (1.4.4).
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Der
im oberen Bereich der oberen Stirnwand (1.4) befindliche
Brenner (1.4.1) für
Erdgas dient der Stützfeuerung.
Das Erdgas wird über
die Zufuhr (1.4.1.1) zudosiert. Das Erdgas kann zu einem
gewissen Teil durch organische Lösemittel
ersetzt werden. Somit bietet sich die Möglichkeit auch diese Stoffe
in einfacher Weise sicher zu entsorgen und zur Dampferzeugung zu
nutzen.
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Der
durchschnittliche Durchsatz an Verbrennungsmaterial durch die erfindungsgemäße Anlage liegt
bei 1,6 Tonnen pro Stunde.
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Während des
Betriebs der erfindungsgemäßen Anlage
wird die Konzentration an Stickoxiden (NOx)
im Reingas, das über
den Abgaskamin (8) in die Atmosphäre geleitet wird, kontinuierlich
gemessen. Überschreitet
die NOx Konzentration 190 bis 200 mg/m3 Gasvolumen pro Stunde, wird über die
Lanze (1.4.4) ein Wasser/Natronlauge-Gemisch in die Verbrennungszone
(1.2) des Drehrohrofens (1) als Nebel eingesprüht. Die
Lanze (1.4.4) befindet sich im unteren Bereich der oberen
Stirnwand (1.4) zwischen dem Brenner (1.4.2) und
der Schurre am Ende des Fallschachtes (1.4.3.1). Das Wasser/Natronlauge-Gemisch
wird einem Vorratsbehälter
(nicht eingezeichnet) entnommen und über die Zuleitung (1.4.4.1)
zu der Lanze transportiert.
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Details
betreffend die Lanze finden sich in der 2. Diese
umfasst ein Innenrohr (1.4.4.2) für die Zufuhr der wässrigen
Natronlauge, das von einem Außenrohr
(1.4.4.3) für die
Zufuhr von Druckluft umgeben ist. Die Druckluft steht unter einem
Druck von 2,2 bar. Das Innenrohr (1.4.4.2) und das Außenrohr
(1.4.4.3) führen
zu dem Düsenkopf
(1.4.4.4) und enden dort in der Düsenscheibe (1.4.4.4.1).
Dabei endet das Innenrohr (1.4.4.2) in einer Öffnung im Zentrum
der Düsenscheibe,
aus der die wässrige
Natronlauge austritt. Das Außenrohr
(1.4.4.3) endet in mehreren Öffnungen im Randbereich der
Düsenscheibe
(1.4.4.4.1), aus denen die Druckluft austritt und die die
zentrale Öffnung
ringförmig
und symmetrisch umgeben. Das Wasser/Natronlauge-Gemisch und die
Druckluft prallen auf eine feststehende Scheibe (1.4.4.4.2)
mit vom Zentrum zum Rand schräg verlaufenden
Einschnitten, die dem Gemisch aus wässriger Natronlauge und Druckluft
einen Drall verleihen. Dadurch resultiert ein Nebel aus wässriger Natronlauge,
der aus der Austrittsöffnung
(1.4.4.4.3) in die Verbrennungszone (1.2) austritt.
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Der
maximale Durchsatz des Wasser/Natronlauge-Gemischs beträgt 700 l/Stunde.
Das Gemisch besteht aus 5.000 l Wasser und 1.000 l 33-prozentiger
Natronlauge.
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Die
heißen
Rauchgase verlassen den Drehrohrofen (1) an dessen unterer
Stirnwand (1.5) durch den Auslass (1.5.2) und
werden in die Nachbrennkammer (4) geleitet. Die Nachbrennkammer
(4) ist ein Stahlbauteil mit innen liegender feuerfester
Ausmauerung. Sie enthält
zwei Brenner (nicht eingezeichnet), die mit Erdgas betrieben werden.
Das Erdgas kann zum Teil durch organische Lösemittel ersetzt werden. Die
Brenner dienen dazu, die Temperatur der Rauchgase bei mindestens
850°C zu
halten.
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Die
heißen
Rauchgase verlassen die Nachbrennkammer (4) und treten
in den Abhitzekessel (6) ein, worin sie mit Hilfe von Wärmetauschern
auf 300°C
abgekühlt
werden. Das Kühlmedium
ist Wasser, das in Dampf einer Temperatur von 180°C und eines
Drucks von maximal 10 bar umgewandelt wird. Die maximale Dampfleistung
des Abhitzekessels liegt bei 10 Tonnen Dampf pro Stunde.
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Die
abgekühlten
Rauchgase werden in die Rauchgasreinigungsanlage (7) eingeleitet.
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Die
Reinigung der Rauchgase erfolgt zunächst in einem Vorzyklon (7.1),
worin gegebenenfalls noch vorhandene Flugasche abgeschieden wird. Dazu
strömt
das Rauchgas tangential in den Zylinderraum (nicht gezeichnet) des
Vorzyklons (7.1) ein. Dadurch erfährt das Rauchgas eine spiralförmig kreisende
Umlaufbewegung, wodurch die groben Flugaschebestandteile durch die
Zentrifugalbeschleunigung zur Wand streben, nach unten fallen und
ausgetragen werden. Das Rauchgas tritt über ein Tauchrohr (nicht gezeichnet)
und eine darüber
angeordnete Gasverteilerkammer (nicht gezeichnet) aus. In der Gasverteilerkammer
wird das Rauchgas auf drei Rauchgaseinzelrohre (nicht gezeichnet)
verteilt, die von unten nach oben durch strömt werden.
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Die
drei Rauchgaseinzelrohre (nicht gezeichnet) bilden im Wesentlichen
den Absorptionsturm (7.2). Jedes Rauchgaseinzelrohr ist
mit einem Düsenstock
(nicht gezeichnet) versehen, über
den im Gleichstrom wässrige
Natronlauge in den Rauchgasstrom eingedüst wird. Der Betrieb des Absorptionsturms
(7.2), insbesondere das Verhältnis von Natronlauge zu Wasser,
wird über
die Messung der Parameter "Temperatur
des Rauchgases vor dem Gewebefilter (7.3)" und "Konzentration von
Salzsäure
und Schwefeldioxid" geregelt.
Dabei wird darauf geachtet, dass die Temperatur der aus dem Absorptionsturm
(7.2) austretenden Rauchgase deutlich über dem Säure- und Wassertaupunkt liegt, was bei einem Temperaturfenster
von 160 bis 190°C
gewährleistet ist.
Als Regelgröße für die zudosierte
Wassermenge gilt eine Rauchgastemperatur von 160°C vor dem Gewebefilter (7.3).
Bei dieser Temperatur werden die empfindlichen Gewebefilter (7.3)
nicht geschädigt.
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Das
aus dem Absorptionsturm (7.2) austretende Rauchgas enthält ein Salzgemisch,
dass durch die Gewebefilter (7.3) entfernt wird. Dazu wird
das anströmende
Rauchgas über
einen Rauchgasverteiler (nicht gezeichnet) auf die einzelnen Filterkammern
(nicht gezeichnet) gleichmäßig verteilt.
In den Filterkammern befinden sich Filterschläuche (nicht gezeichnet), die
vom Rauchgas von außen
nach innen durchströmt
werden. An der Oberfläche
des Gewebefilters (7.3) werden gegebenenfalls noch vorhandene
feinste Flugaschepartikel sowie die gebildeten Salze abgeschieden.
Die resultierende Staubschicht bildet eine Filterhilfsschicht, die
die Filterschläuche
vor Verschleiß schützt und
die Abscheidung unterstützt.
Durch eine im oberen Teil der Gewebefilter (7.3) befestigte
Venturidüse
(nicht gezeichnet) werden kurze Druckluftstöße ausgelöst. Durch die Entspannung der
Druckwelle, die sich über
die gesamte Schlauchlänge
ausbreitet, löst
sich der anhaftende Staub und fällt
in einen Staubtrichter (nicht gezeichnet). Der gesammelte Staub
wird in so genannten "Big-Bags" (nicht gezeichnet)
einer geeigneten Deponie zugeführt.
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Das
gereinigte Rauchgas verlässt
als Reingas den Gewebefilter (7.3) und wird über einen
Saugzugventilator (nicht gezeichnet) einem Reingaskanal (nicht gezeichnet)
zugeführt
und verlässt
schließlich die
Verbrennungsanlage über
den Abgaskamin (8).
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Durch
das mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anlage
durchgeführte
erfindungsgemäße Verfahren gelingt
es, die Verbrennungskapazität
im Vergleich mit einer herkömmlichen Anlage
ohne eine Vorrichtung (1.4.4) signifikant zu erhöhen, beträchtliche Menge
an Erdgas zu sparen und gleichzeitig die Emissionsgrenzwerte unterhalb
der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte zu halten. Außerdem kommt
die Rauchgasreinigungsanlage mit erheblich geringeren Mengen an
wässriger
Natronlauge aus, wodurch sich die Stemmarbeit des Absorberturms (7.2)
erheblich verringert.