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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Schlacke einer Verbrennungsvorrichtung, bei dem die Schlacke mittels einer Entschlackervorrichtung von der Verbrennungsvorrichtung getrennt wird.
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Aus der
EP 0 691 160 B1 ist bekannt, aus einer Abfallbehandlungsanlage bzw. einer Feuerungsanlage trocken ausgetragene Reststoffe zunächst auf ein Stangensieb aufzugeben, wo das Überkorn mit mehr als 300 mm Abmessung mechanisch abgetrennt wird. Dieses grobgesichtete Material läuft dann über ein elektromagnetisch angetriebenes 2 mm Sieb. Auf diese Weise wird der Feinanteil abgetrennt, der einer Sonderbehandlung zugeführt wird. Der verbleibende übrige Teil der Reststoffe wird einer Zerkleinerung, einer Eisenabtrennung sowie einer Nichteisenabtrennung zugeführt.
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Da derartige Siebe zur Abtrennung der Feinfraktion von kleiner als 2 mm den Nachteil haben, dass einerseits die Siebe verstopfen und andererseits diese Siebe einem starken Verschleiß unterliegen, schlägt die
DE 10 2006 035 260 A1 vor, die Reststoffe unter Aufbringen einer Rüttelbewegung kaskadenförmig in schrägen Bahnen und dazwischenliegenden freien Fallstrecken über mehrere Stufen nach unten zu fördern und dabei im Bereich der Rüttelförderbewegung und insbesondere im Bereich der freien Fallstrecken die Feinfraktion durch eine Gasströmung quer zur Fallrichtung und gegenläufig zur Rüttelbewegung auszutragen.
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Diese Verfahren sind dazu geeignet, eine Feinfraktion von kleiner als 2 mm von einer Grobfraktion zu trennen, wobei die Stäube mit der Feinfraktion von der Grobfraktion getrennt werden.
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Zur Gewinnung der durch die Windsichtung von der Hauptfraktion abgetrennten Feinfraktion kann der Gasstrom nach der Windsichtung zunächst einer Zyldonabscheidung und nach Bedarf anschließend einem Filtervorgang zugeführt werden. Dies ermöglicht es, die Schlacke in eine Grobfraktion mit mehreren Milimetern Durchmesser und eine Feinfraktion mit einem kleineren Durchmesser zu trennen, wobei Stäube möglichst vermieden werden und unvermeidbarerer Staub mittels Zyklon und Filter abgetrennt werden kann.
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Wenn das verbrannte Material beispielsweise Karbonfasern, glasfaserverstärkte Kunststoffe oder Nanopartikel enthält, könnten die Verbrennungsrückstände gesundheitsrelevante, da lungengängige, Fraktionen hiervon enthalten. Dies ist für die mit dem Verbrennungsabgas aufgrund der thermischen Konvektion bzw. der Geschwindigkeit dieser Abgase aus dem Verbrennungsraum in einen nachgeschalteten Dampferzeuger sowie die daran anschließende Abgasreinigung ausgetragenen Partikel unkritisch, da eine nahezu quantitative Abscheidung in den Filtern der Abgasreinigungsanlage erfolgt. Problematischer ist derjenige Stoffstrom dieser Materialien, der den Verbrennungsraum mit den ausgebrannten Brennstoffresten verlässt, z. B. mit der Asche und Schlacke, und dann einer weiteren Nutzung zugeführt werden soll. Hier handelt es sich nicht nur um den überwiegenden Anteil dieser Stoffe sondern auch eine Kontamination der gesamten festen Reststofffraktion nach der Verbrennung. Problematisch ist auch, dass selbst Carbonfasern trotz ihrer Zusammensetzung aus Kohlenstoff auch bei hohen Temperaturen im Verbrennungsraum nicht oxidieren und lediglich die faserverbindenden Stoffe abbrennen. Übrig bleiben die einzelnen Fasern bzw. Partikel, die mit hoher Wahrscheinlichkeit kanzerogen sind, ähnlich der Asbestproblematik zum Ende des 20. Jahrhunderts.
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Es hat sich herausgestellt, dass eine Rückgewinnung von Fasern aus z. B. recyceltem CFK/GFK oder auch von Nanopartikeln weder durch mechanische Trennverfahren noch durch die thermischen Verfahren der Verbrennung oder Pyrolyse sinnvoll möglich ist. Auch das Vermischen dieser Stoffe mit Zement/Beton stellt nur eine Verlagerung bzw. zeitliche Verschiebung des Problems dar, da jedes Bauwerk irgendwann abgerissen wird und der Bauschutt dann kontaminiert wäre.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die Schlacke von Verbrennungsanlagen auch bei einer Verbrennung von CFK-, GFK- und/oder Nano-Materialien möglichst wenig Partikelstaub und Fasern aus diesen Fraktionen aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Während bekannte Schlackeaufbereitungsvorrichtungen so konzipiert sind und betrieben werden, dass möglichst wenig feiner Staub entsteht, liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass es vorteilhaft ist, eine Feinstfraktion zu erzeugen, die im Wesentlichen Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 500 μm aufweist. Diese Feinstfraktion kann beispielsweise mit einem Windsichter von der Restschlacke getrennt werden.
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Dies hat zur Folge, dass besonders viel besonders feiner Staub entsteht. Dadurch erschließt sich jedoch die Möglichkeit, mit dieser Feinstfraktion besondere Partikel, wie beispielsweise Reststoffe von thermisch behandelten CFK-Materialien, von der Schlacke zu trennen. Die zunächst nachteilhafte Staub-erzeugung hat somit den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise insbesondere gesundheitsrelevante Materialien von der Restschlacke getrennt und anderweitig weiterbehandelt werden können.
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Der Durchmesser der Partikel entspricht demjenigen Durchmesser, den ein Partikel mit gleichem Volumen in Kugelform hätte oder er entspricht dem aerodynamischen Durchmesser. Bei Fasern liegt der aerodynamische Durchmesser somit oberhalb des Durchmessers der Faser. Wenn beispielsweise von einer Fraktion mit einem Durchmesser kleiner 2000 μm gesprochen wird, dann kann diese Fraktion auch dünne Fasern mit beispielsweise 10 mm Länge und wenigen μm Durchmesser aufweisen.
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Es hat sich herausgestellt, dass im Hinblick auf CFK-Materialien eine Feinstfraktion mit einem Durchmesser von weniger als 100 μm, vorzugweise von weniger als 10 μm und besonders bevorzugt weniger als 5 μm relevant ist. Damit wird sichergestellt, dass auch beispielsweise Partikel mit einer Länge von weniger als 3 μm mit dieser Fraktion erfasst werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch den Abscheider oder eine nachfolgende Abscheide- oder Trennvorrichtung dafür gesorgt wird, dass die Feinstfraktion den überwiegenden Anteil an einer Fraktion von Fasermaterialien, Bruchstücken hiervon sowie Nanopartikeln aufweist. Es wird angestrebt, mit dieser Feinstfraktion Fasermaterialien, Bruchstücke hiervon sowie Nanopartikel quantitativ zu entfernen, das heißt mehr als 80% und bevorzugt mehr als 95% und besonders bevorzugt mehr als 98% der Fasermaterialien, der Bruchstücke hiervon sowie der Nanopartikel aus der Schlacke zu entfernen.
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Der Abscheider kann auf unterschiedlichen physikalischen Trennprinzipien beruhen und es können insbesondere auch mehrere Trennprinzipien nacheinander oder sogar gleichzeitig überlagert angewendet werden.
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Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Abscheider einen Gewebefilter aufweist. Ein Gewebefilter ermöglicht es, besonders feine Materialien von einem Gasstrom zu trennen.
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Verschiedene vorteilhafte Verfahrensvarianten erschließen sich, wenn als Abscheider ein Massenkraftabscheider verwendet wird. Ein Massenkraftabscheider, der auch als ein Massenkraftentstauber bezeichnet wird, ist ein Apparat zur Abscheidung von Partikeln bzw. Stäuben aufgrund von Massenkräften. Das Wirkprinzip von Massenkraftabscheidern beruft darauf, dass die im Gas suspendierten Partikel der Strömungsbewegung nicht mehr folgen können und an Einbauten oder Wandungen abgeschieden werden. Massenkraftabscheider werden nach den wirksamen Transportkräften Schwerkraft, Trägheitskraft und Fliehkraft unterschieden. Die für die Partikelabscheidung verantwortlichen Massenkräfte wirken quer oder gegen die Strömungswiderstandskraft und sind direkt proportional zur Partikelmasse, sodass die jeweiligen Kräfte proportional zur dritten Potenz des Partikeldurchmessers sind.
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Da Massenkraftabscheider bevorzugt dazu eingesetzt werden, Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von mindestens 2 μm abzuscheiden, wird vorgeschlagen, einen Massenkraftabscheider zu verwenden, um aus dem Staub Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von mehr als 1 μm oder mehr als 2 μm abzuscheiden. Bei Partikeln dieser Größe kann der Einfluss der Diffusion vernachlässigt werden.
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Der aerodynamische Durchmesser ist definiert als der Durchmesser eines kugelförmigen Partikels mit der Dichte 1 g/cm3, der dieselbe Sinkgeschwindigkeit aufweist wie das zu betrachtende Partikel. Die Sinkgeschwindigkeit des zu betrachtenden Partikels bezieht sich dabei auf ruhende Luft.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Massenkraftabscheider einen Schwerkraftabscheider aufweist. Schwerkraftabscheider werden in der Regel als sogenannte Querstrom– oder Gegenstromabscheider ausgeführt. Die staubbeladene Gasströmung erfährt durch den Eintritt in die Vorrichtung eine Verlangsamung und somit eine Erhöhung der Verweilzeit im System. Durch eine Relativbewegung der Partikel quer zur Strömungsrichtung (Querstromabscheider) oder entgegen der Strömungsrichtung (Gegenstromabscheider) werden diese teilweise abgeschieden.
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Dabei hat sich herausgestellt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Schlacke im Schwerkraftabscheider im Querstromverfahren, vorzugweise durch einen horizontal verlaufenden Luftstrom, getrennt wird.
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Alternativ oder kummulativ zu einem Schwerkraftabscheider kann als Massenkraftabscheider auch ein Fliehkraftabscheider eingesetzt werden. Bei einem Zyklon- oder Fliehkraftabscheider wird die Strömung aufgrund ihrer eigenen Geschwindigkeit nach dem Eintritt in die Vorrichtung in eine Rotationsbewegung versetzt. Die im Gas suspendierten Partikel werden in Folge der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft teilweise abgeschieden.
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Je nach Schlackezusammensetzung und Anforderungen an den Abscheider kann der Massenkraftabscheider auch einen Trägheitsabscheider aufweisen. In Trägheitsabscheidern, die auch „Umlenkabscheider” genannt werden, werden Strömungen derart umgelenkt, dass die im Gas suspendierten Partikel der Strömungsbewegung nicht folgen können und abgeschieden werden. Häufig werden dazu Hindernisse in den Abscheideapparat eingebaut.
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Das Windsichten ist ein mechanisches Trennverfahren, bei dem Partikel anhand ihres Verhältnisses von Trägheits- und/oder Schwerkraft zum Strömungswiderstand in einem Gasstrom getrennt werden. Es ist ein Klassierverfahren und nutzt das Prinzip der Schwer- oder Fliehkrafttrennung aus. Feine Partikel folgen der Strömung, grobe der Massenkraft. Hierzu kann beispielsweise eine Vorrichtung verwendet werden, die bereits in der
DE 10 2006 035 260 A1 beschrieben ist. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung genommen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbrennungsvorrichtung einen Feuerraum einer Müllverbrennungsanlage aufweist. Dabei kann der zu verbrennende Müll auf einem Verbrennungsrost verbrannt und dabei in Richtung der Entschlackervorrichtung befördert werden. Der zu verbrennende Müll kann aber auch in einer Wirbelschicht verbrannt werden. Die Schlacke kann in der Entschlackervorrichtung in Richtung zum Abscheider befördert werden. Dies geschieht besonders bevorzugt mittels eines Stößels.
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Um ein Rückströmen von Gas oder Staub aus dem Entschlacker in die Verbrennungsvorrichtung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Entschlackervorrichtung im Betrieb derart mit Schlacke gefüllt ist, dass der Durchgang zwischen Verbrennungsanlage und Abscheider mit Schlacke gefüllt ist.
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Nach dem Trennen der Feinstfraktion bestehen verschiedene Möglichkeiten, diesen Schlackeanteil weiterzubehandeln. Die Feinstfraktion kann mit Umgebungsluft und/oder mit Rezirkulationsgas der Verbrennungsvorrichtung zugeführt werden. Die Feinstfraktion kann auch mit den Rauchgasen der Verbrennungsvorrichtung einer Staubabscheidereinrichtung zugeführt werden. Letztlich kann die Feinstfraktion auch einer separaten, kontrollierten Entsorgung zugeführt wird.
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Diese Weiterbehandlungsarten können auch kombiniert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine quantitative Abscheidung erreicht wird. Dabei werden mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 90% und besonders bevorzugt mindestens 95% der Fasermaterialien, der Bruchstücke hiervon sowie der Nanopartikel mit der Feinstfraktion von der Restschlacke entfernt werden. Bei einer Verbrennung von CFK-Abfällen sollten entsprechend 50%, 90% oder 95% des Fasermaterials und/oder der Nanopartikel von der Restschlacke entfernt werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung zum Aufbereiten von Schlacke einer Verbrennungsvorrichtung gelöst, wobei die Vorrichtung eine Entschlackervorrichtung und einen Abscheider aufweist, wobei die Entschlackervorrichtung einen Schlackezugang und einen Schlackeausgang aufweist und den Abscheider von der Verbrennungsvorrichtung trennt und wobei der Abscheider in einem umschlossenen Raum angeordnet ist, der eine Schlackezuführöffnung, eine Luftzuführöffnung, eine Feinstfraktionsabführöffnung und eine Restschlackeabführöffnung aufweist.
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Bei einer derartigen Vorrichtung kann die Feinstfraktionsabführöffnung zu einem Staubabscheider führen, der als Gewebefilter oder vorzugsweise als Zyklon ausgebildet ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Feinstfraktionsabführöffnung direkt oder indirekt mit der Verbrennungsvorrichtung, vorzugsweise mit der Sekundärverbrennungszone, in Verbindung steht.
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Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Aufbereiten von Schlacke ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigt
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1 eine Übersicht als Schnittdarstellung mit Verbrennungsvorrichtung und Entschlackervorrichtung und
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2 vergrößert die in der 1 dargestellte Entschlackervorrichtung.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Aufbereiten von Schlacke 2 einer Verbrennungsvorrichtung 3 hat eine Entschlackervorrichtung 4 und einen Abscheider 5. Die Entschlackervorrichtung 4 hat einen Schlackezugang 6 und einen Schlackeausgang 7. Damit trennt die Entschlackervorrichtung die Verbrennungsvorrichtung 3 vom Abscheider 5.
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Der Abscheider 5 ist in einem umschlossenen Raum 8 angeordnet, der als zugängliche Kabine ausgebildet ist. Dieser Raum 8 hat eine Schlackezuführeinrichtung 9 im Anschluss an den Schlackeausgang 7, eine Luftzuführöffnung 10 für das Zuführen von Umgebungsluft 11, eine Feinstfraktionsabführöffnung 12 und eine Restschlackeabführöffnung 13, die an einer nicht gezeigten Wandung angeordnet ist, die in der Zeichnungsblattebene liegt.
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Die Feinstfraktionsabführöffnung 12 führt über eine Leitung 14 zu einem Staubabscheider 15, der als Zyklon ausgebildet ist.
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Im Zyklon werden die schweren Partikel entfernt und der Reststaub wird über die Leitung 16 und ein Gebläse 17 der Sekundärverbrennungszone 18 der Verbrennungsvorrichtung 3 zugeführt.
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Beim Betrieb der Anlage wird Müll 19 über den Zuführtrichter 20 auf dem Verbrennungsrost 21 gegeben und verbrennt im Feuerraum 22 der Müllverbrennungsanlage.
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Sofern der Müll Laminate mit Carbon- und/oder Glasfasern aufweist, verbrennt die Polymermatrix, in die die Carbonfasern eingebettet sind. Ein Teil der Carbonfasern, die bei Temperaturen oberhalb von 560°C einen Partikelstaub aus mikroskopisch kleinen Carbonfasern bilden, gelangt in das Rauchgas 23 und ein anderer Teil gelangt in die Schlacke 2 und mit ihr zum Abscheider 5. Dort wird eine Feinstfraktion 24 von der Restschlacke 25 abgetrennt. Im Staubabscheider 15 wird von der Feinstfraktion 24 mittels Zentrifugalkraft eine Staubfraktion 26 abgeschieden und der Rest wird mit der Sekundärverbrennungsluft 27 der Sekundärverbrennungszone 18 der Verbrennungsvorrichtung 3 zugeführt.
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Die Schlacke wandert somit vom Ende des Verbrennungsrostes 21 in den Entschlacker 4 und sie wird dort mittels eines Stößels 27 zum Abscheider 5 befördert.
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Im Betrieb ist der Entschlacker 4 derart mit Schlacke gefüllt, dass der Durchgang 28 zwischen der Verbrennungsanlage 3 und dem Abscheider 5 mit Schlacke 2 gefüllt ist.
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Der Abscheider 5 ist als Windsichter ausgeführt. Dabei folgen die feinen Partikel der Feinstfraktion 24 der Strömung der zugeführten Umgebungsluft 11 und die groben Partikel folgen der Massekraft und werden als Restschlacke 25 ausgetragen. Dabei wird die Schlacke 2 auf kaskadenartig hintereinander angeordnete bewegte Platten 29 bis 32 befördert, wobei jeweils während des Falls von einer Platte auf die andere Platte und während der Förderung auf einer Platte mittels der Luftströmung 33 der Umgebungsluft 11 Staub von der Restschlacke 25 entfernt wird, der als Feinstfraktion 24 über die Leitung 14 zum Abscheider 15 befördert wird.
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Die Platten 29 bis 32 werden durch einen Motor mit Exzenter 34 angetrieben und sind auf dem Gestell 35 mittels der Feder 36 gelagert sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0691160 B1 [0002]
- DE 102006035260 A1 [0003, 0024]
