DE10245954B4

DE10245954B4 - Verfahren und Einrichtung zur Abfallverarbeitung

Info

Publication number: DE10245954B4
Application number: DE2002145954
Authority: DE
Inventors: Heinz Albert Steimen; Björn Fossen; Vidar Brenden; Reidar Brattebrekke; Trond Kaasa; Joachim Dr.-Ing. habil. Otschik
Original assignee: Norsk Inova AS
Current assignee: Norsk Inova AS
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: NO20033320D0; NO323866B1; EP1384948B1; DE10245954A1; EP1384948A1; DE50206905D1

Abstract

Verfahren zur Abfallverarbeitung, insbesondere von feuchtem Abfall, in mindestens einer ersten Brennkammer (6), in die der Abfall von einer Beschickungsstelle aus mit mindestens einer Transportschnecke (15, 16) unter Erwärmung transportiert wird,
wobei der Abfall in einer Phase des Trocknens längs zumindest eines endseitigen Abschnitts der Transportschnecke (15, 16) in direktem Kontakt mit der Atmosphäre der ersten Brennkammer (6) transportiert wird, anschließend in einer Phase einer Pyrolyse weiter längs des endseitigen Abschnitts ebenfalls in direktem Kontakt mit der Atmosphäre der ersten Brennkammer (6) transportiert wird,
wonach Pyrolyseprodukte in die erste Brennkammer (6) transportiert werden, in der eine Phase eines Ausbrands der Pyrolyseprodukte weitestgehend abgeschlossen wird,
wonach in der ersten Brennkammer (6) erzeugte Asche unter Injektion pulsierender Luft in einem Aschebett (34) nachverbrannt wird,
und wonach in einer zweiten Brennkammer (7) Pyrolysegas, das spätestens in der ersten Brennkammer (6) teilverbrannt ist, mit Rauchgas, das bei dem Ausbrand der...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfallbeseitigung, insbesondere von feuchtem Abfall, in mindestens einer ersten Verbrennungskammer, in die der Abfall von einer Beschickungsstelle aus mit einer Transportschnecke unter Erwärmung transportiert wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine entsprechende Einrichtung zur Abfallverarbeitung, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann.
Bei der Abfallverarbeitung durch Verbrennung ist die Forderung zu beachten, daß die verbleibenden Verbrennungsprodukte, Rauchgas und Asche, einen nur geringen organischen Anteil unverbrannter organischer Bestandteile einschließen. Ziel ist also ein niedriger TOC-Wert (TOC = Total Organic Compound). Wenn diese Forderung nicht erfüllt wird und insbesondere die Asche einen höheren organischen Anteil aufweist, sind zu deren Lagerung besondere, auch hinsichtlich ihres Flächenbedarfs aufwendige Deponien erforderlich.
Nach dem Stand der Technik wurde ein niedriger TOC-Wert bei Verbrennen von organische Bestandteile enthaltendem Gas durch eine spezielle Luftzuführung zu dem Gas angestrebt, die eine relativ hohe Turbulenz und damit Durchmischung des Gases mit Luft ermöglichen sollte.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine noch weitergehende Verringerung des TOC-Werts des Gases und außerdem der Asche wünschenswert ist.

Hierzu gehört eine Anlage zur thermischen Abfallentsorgung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage mit einem Pyrolysereaktor, der eine erste Heizeinrichtung für eine indirekte Beheizung des Abfalls und eine zweite Heizeinrichtung für eine direkte Beheizung des Abfalls innerhalb des Pyrolysereaktors aufweist ( DE 43 27 953 A1 ). Der Pyrolysereaktor setzt den Abfall in Schwelgas und festen Pyrolysereststoff um. Diese beiden Substanzen werden einem Hochtemperaturreaktor zur Verbrennung zugeführt. Grundsätzlich sind somit Pyrolyse und Oxidation, insbesondere des Pyrolysegases getrennt. Zur Pyrolyse des Abfalls bewirkt die erste Heizeinrichtung eine Grunderwärmung im Pyrolysereaktor insbesondere durch die Abhitze aus dem Rauchgas des Hochtemperaturreaktors, wobei eine indirekte Heizung mit einem im Kreislauf geführten Wärmemedium erfolgt. Eine Zusatzerwärmung erfolgt mit der zweiten Heizeinrichtung durch Lufteinspeisung in den Innenraum des Pyrolysereaktors. – Diese Anlage ist kompliziert und technisch aufwendig. Gleichwohl hat sie wirkungsmäßige Nachteile: Da die Grunderwärmung in dem Pyrolysereaktor nur durch indirekte Beheizung erfolgt, wird Wärme aus dem Hochtemperaturreaktor zur Pyrolyse nicht verlustarm genutzt. In dem Hochtemperaturreaktor erfolgt keine Ascheverbrennung, denn die entstehende Asche ist so heiß, daß sie verflüssigt. Die vom Hochtemperaturreaktor abgegebenen Rauchgase werden einem Abhitzekessel oder Abhitze-Dampferzeuger zugeführt, in der sie abgekühlt werden und sodann an die Umgebung abgegeben werden.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin eine Einrichtung zur Müllverarbeitung, bei der aufeinander eine Beschickungseinrichtung, ein Entgasungskanal, in dem mindestens eine Transportschnecke angeordnet ist, und ein Hochtemperaturreaktor folgen ( DE 43 30 788 A1 ). Insbesondere ist der Entgasungskanal mit einer Mantelheizung umgeben, die mit Dampf oder Gas betrieben werden kann. Durch die Transportschnecke wird Müll kontinuierlich von der Beschickungseinrichtung zum Hochtemperaturreaktor transportiert, wobei der Müll auf eine Temperatur von ungefähr 600°C erwärmt wird und entgast wird. Ein dabei entstehender fester Reststoff und das Gas werden dem Hochtemperaturreaktor zugeführt, in dem Synthesegas und eine Schmelze entstehen, die extern weiterbehandelt werden. – In einer Variante kann einem mittleren Abschnitt des Entgasungskanals Luft zugeführt werden, wodurch im Entgasungskanal Schwelgas und Restkohlenstoff verbrannt werden und damit der Müll direkt beheizt wird. Auch kann die Transportschnecke hohl ausgebildet sein, um zur Beheizung mit Dampf oder Gas beschickt zu werden. In jedem Fall steht nur der Ausgang des Entgasungskanals, d.h. das Ende der Mülltransportstrecke, die im wesentlichen durch die Transportschnecke realisiert ist, mit dem Innern des Hochtemperaturreaktors in Verbindung, dessen Wärme somit praktisch nicht in den Entgasungskanal transportiert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Transportschnecke vor dem Ende des Entgasungskanals endet und an dem Ende ein Pfropfen aus dem transportierten Gut gebildet wird. Die Wärmezufuhr zu dem Gut in dem Entgasungskanal über den diesen umgebenden Mantel ist verhältnismäßig ineffizient. Eine direkte Beheizung des Mülls in dem Entgasungskanal kann nur eintreten, wenn dieser ausreichend trocken ist, um eine Teilverbrennung zu ermöglichen. Müll mit einem Feuchtigkeitsgehalt über 30% kann in dieser Weise nicht verarbeitet werden.

Bekannt ist auch eine Vergasungseinrichtung für eine Biomasse, in der die Biomasse über eine Transportschnecke einer Vergasungskammer zugeführt wird, wobei nur ein endseitiger Abschnitt der Transportschnecke, an der die Biomasse in die Vergasungskammer fällt, offen ist ( US 4 531 462 ). In der Vergasungskammer kann die Biomasse über einem Rost verbrennen, unter dem in ein Aschebett Primärluft injiziert wird. Bei der Verbrennung entstehendes Verbrennungsgas bzw. -abgas wird über ein Rohr in eine Gasverbrennungskammer geleitet, in die Sekundärluft eingeleitet wird. Reines Abgas, welches im wesentlichen nur aus CO₂, H₂O, O₂ und N₂ besteht, soll aus der Vergasungskammer entlassen werden. – In dieser Vergasungseinrichtung dient die Transportschnecke nur zum Transport der Biomasse, aber nicht zum Trocknen oder zu einer Pyrolyse. Diese kann ebenso wie eine erste Verbrennung erst stattfinden, nachdem sich die Biomasse von der Schnecke gelöst hat und auf den Rost fällt. Nach dem bekannten Vefhahren müssen erhebliche Mengen Pyrolysegas zu der sekundären Gasverbrennungskammer transportiert werden, was zu Transportproblemen führen kann, ebenso die Zuführung der Sekundärluft zur Reinigung des Abgases. – Die Komponenten der Vergasungseinrichtung sind keine rationell herstellbaren Module und erscheinen zu einer solchen Ausbildung auch nicht geeignet.

Zum ferneren Stand der Technik gehören ein Apparat und ein Verfahren zur thermischen Behandlung festen oder flüssigen Abfalls, bei denen der Abfall durch Trockendestillation und Trocknen verarbeitet wird (WO 00113811. Dabei wird der Abfall durch einen beheizten Ofen unter Abschluß gegenüber der Atmosphäre in dem Ofen mittels eines Schneckenförderers in eine thermisch isolierte, wärmedichte Verdampfungskammer transportiert. In der Verdampfungskammer wird der erhitzte Abfall durch Verdampfung in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Einer der Ausgänge der Verdampfungskammer führt zu einem Kondensator, in dem in der Verdampfungskammer entstandene Dämpfe oder Gase kondensiert werden. Andere Ausgänge der Verdampfungskammern sind für nicht kondensierbares Gas sowie feste Bestandteile vorgesehen. – Insbesondere im Hinblick auf die niedrige Temperatur zur Verdampfung tritt in der bekannten Einrichtung keine Pyrolyse ein, somit kann kein Pyrolysegas verbrannt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abfallbeseitigung zu entwickeln, mit dem Abfall verschiedener Art, insbesondere auch feuchter Abfall unkompliziert, sicher und effizient zu Asche und Rauchgas mit besonders niedrigem TOC verbrannt wird, ohne eine lange Verweilzeit in der zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Einrichtung zu erfordern. Andererseits kann eine so lange Verweilzeit eingestellt werden, daß z.B. gesetzliche Vorschriften hieran erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Hierbei umfaßt ein erster Schritt das Trocknen des Abfalls während seines Transports über wenigstens einen endseitigen Abschnitt einer Transportschnecke. Bei der Pyrolysierung werden unter Erhöhung des Heizwerts als Pyrolyseprodukte zwei hochwertige Brennstoffe, nämlich Pyrolysegas bzw. Schwelgas und Pyrolysekoks erzeugt. Nach Anlauf des Verfahrens durch Verbrennen flüssigen oder gasförmigen Zusatzbrennstoffs, z.B. Dieselkraftstoff, Abfallöl in der Nähe der Transporteinrichtung, wird durch Verbrennung der Pyrofyseprodukte überwiegend in der ersten Brennkammer die zum Trocknen und zur Pyrolyse erforderliche Wärme gebildet, so daß sich das Verfahren selbst in Gang halten kann. Zum Trocknen und Pyrolysieren des Abfalls steht deswegen zumindest der endseitige Abschnitt der Transportschnecke in direktem Kontakt mit der Atmosphäre der ersten Brennkammer, der z.B. durch einen Ventilator Luft zugeführt wird. Nach dem weitestgehenden Ausbrand der Pyrolyseprodukte enthält die erste Brennkammer Asche, Rauchgas und restliches teilverbranntes Pyrolysegas oder Schwelgas.

Der zweite Schritt des Verfahrens bewirkt durch Injektion pulsierender Luft in ein Aschebett, welches sich in der ersten Brennkammer unten ansammelt, daß der TOC-Gehalt der Asche weiter verringert wird. Hierzu wird sich ansammelnde Asche nach einer längeren Verweilzeit aus der ersten Brennkammer ausge tragen, die ein Vielfaches der Verweilzeit der Gase beträgt. Außerdem wird durch die Injektion pulsierender Luft in das Aschebett eine festgebackene Ascheschicht oder Aschebrücke, die sich unter Umständen gebildet hat, durchbrochen, so daß der Abtransport der Asche aus der ersten Brennkammer ungehindert erfolgen kann.

Um den TOC-Gehalt des in der ersten Brennkammer teilverbrannten Pyrolysegases weiter zu senken, wird in einem dritten Schritt das Pyrolysegas zusammen mit dem in der ersten Brennkammer gebildeten Rauchgas, welches Sauerstoff enthält, in einer zweiten Brennkammer intensiv gemischt und nachverbrannt. Wesentlich ist bei dem dritten Schritt eine hohe Kontaktrate zwischen dem Rauchgas bzw. dessen Sauerstoff und dem teilverbrannten Pyrolysegas.

Eine solche hohe Kontaktrate bzw. intensive Durchmischung des teilverbrannten Pyrolysegases und Rauchgases in der zweiten Brennkammer wird gemäß Anspruch 7 zuverlässig mit einem Turbulatorpaket erzielt, welches z.B. eine wenig Eigenvolumen beanspruchende Packung aus hochtemperaturbeständigem Draht umfassen kann.

In vorteilhafter Weise kann das Turbulatorpaket außerdem als Abscheiden dienen, der gemäß Anspruch 2 aus dem nachzuverbrennenden Pyrolysegas und Rauchgas in der zweiten Brennkammer Flugasche zurückhält. Statt des Turbulators kann zu diesem Zweck aber auch ein Zyklon vorgesehen sein.

Nur bei dem ersten Schritt des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird von einem Verfahren Gebrauch gemacht, welches zur unkomplizierten, sicheren und effizienten Trocknung sowie Pyrolyse des Abfalls vorgeschlagen wurde ( EP 02 016 462.0 ). Gemäß diesem bekannten Verfahren wird der Abfall mit einer an einem endseitigen Abschnitt oben offenen Transportschnecke in mehreren in Transportrichtung aufeinander folgenden Phasen in direktem Kontakt mit der Ofenatmosphäre fortlaufend transportiert. Hierzu gehört eine Phase des Trocknens des Abfalls längs des endseitigen Abschnitts und in einer anschließenden Phase die Pyrolyse des Abfalls weiter längs des endseitigen Abschnitts der Transportschnecke. Anschließend fällt der pyrolysierte Abfall in einen freien Bereich des Ofeninnern, in dem spätestens ein Ausbrand des Abfalls weitgehend abgeschlossen wird. Damit kann auch Abfall mit hoher Feuchtigkeit verarbeitet werden, der einen Wassergehalt von 75 Massenprozent aufweist. Der Abfall wird in dem Ofeninnern zunächst an der Transportschnecke und anschließend in dem freien Bereich des Ofeninnern einer Ofenatmosphäre über 850°C bis 1200°C ausgesetzt. Weiterhin kann nach dem bekannten Verfahren parallel zur Verarbeitung feuchten Abfalls mit einer ersten Schnecke mit einem ersten drehzahlgeregelten Antrieb Abfall niedriger Feuchtigkeit mit einer zweiten Schnecke mit einem von dem ersten drehzahlgeregelten Antrieb unabhängig geregelten zweiten Antrieb ebenfalls in direktem Kontakt mit der Ofenatmosphäre verarbeitet werden.

Auch von den letztgenannten Merkmalen kann bei der vorliegenden Erfindung zusätzlich Gebrauch gemacht werden.

Dabei beträgt die Temperatur der heißen Atmosphäre nicht nur in der ersten Brennkammer, sondern auch in der zweiten Brennkammer 850°C bis 1200°C. Bei darüber hinaus gehender Temperatur wäre die Struktur der Einrichtung gefährdet, mit der das Verfahren ausgeübt wird.

Dem soll gemäß Anspruch 16 auch eine mit dem Innern der ersten Brennkammer Wassereintrageinrichtung in Verbindung stehende Wassereintrageinrichtung entgegenwirken.

Gemäß Anspruch 4 kann mit dem ersten Verfahrensschritt der vorliegenden Erfindung ebenfalls feuchter Abfall und trockener Abfall parallel mit hoher Verarbeitungsleistung verarbeitet werden.

Es besteht aber auch die weniger aufwendige Möglichkeit, feuchten Abfall und trockenen Abfall mit nur einer Transportschnecke zu trocknen und zu pyrolysieren, indem die Abfälle unterschiedlicher Feuchtigkeit der Transportschnecke getaktet zugeführt werden.

Eine Definition des feuchten Abfalls mit einem Wassergehalt von bis zu 75 Massenprozent und des trockenen Abfalls mit einem Wassergehalt von bis zu 15 Massenprozent ist in Anspruch 5 angegeben. Somit kann gemäß dem Verfahren Abfall unterschiedlicher Feuchtigkeit zwischen 0 bis zu 75 Massenprozent Wassergehalt, also einem weiten Feuchtigkeitsbereich, verarbeitet werden.

Der zweite Verfahrensschritt, wonach in das Aschebett pulsierende Luft zur Nachverbrennung injiziert wird, kann in wenig aufwendiger Weise gemäß Anspruch 6 als erste Alternative damit realisiert werden, daß die pulsierende Luft in das Aschebett in nur einem radialen Abstand injiziert wird. Bevorzugt erfolgt jedoch die Injektion als zweite Alternative in zwei unterschiedlichen radialen Abständen: Damit kann erreicht werden, daß ein unterer Bereich des Aschebetts durch Luftinjektion gekühlt wird und in diesem die Ascheschraube. Dagegen ist die Injektion, die in einem größeren radialen Abstand zu der Ascheschnecke erfolgt, hinsichtlich des Aufbrechens der festgebackenen Schicht bzw. Aschebrücke besonders wirksam.

Demgemäß sind in der zur Ausübung des Verfahrens vorgesehenen Einrichtung die Luftdüsen nach Anspruch 13 als erste Alternative in mindestens einer Reihe in nur einem radialen Abstand zu der Ascheschnecke angeordnet und nach Anspruch 14 in mindestens zwei Reihen in zwei radialen Abständen.

Wie oben erwähnt wird zur Einleitung des erfindungsgemäßen Abfallverarbeitungsverfahrens zunächst benachbart zu der Transportschnecke bzw. den beiden Transportschnecken ein Brenner für flüssige oder gasförmige Zusatzbrennstoffe aktiviert, der zu der Einrichtung gemäß Anspruch 19 gehört, und zwar, bis die Atmosphäre benachbart zu der Transportschnecke mindestens 850°C erreicht. Anschließend beginnt die Zufuhr des Abfalls. Sobald aus diesem genügend hochwertiger Brennstoff, insbesondere Pyrolysegas, erzeugt wurde, welcher bei Luftzufuhr in die erste Brennkammer verbrennt, und die Atmosphäre der ersten Brennkammer und damit bei der Transportschnecke genügend erwärmt ist, kann die Zufuhr des Zusatzbrennstoffes gestoppt werden, weil sich der Verbrennungsvorgang in der ersten Brennkammer selbst erhalten kann.

Die Einrichtungen gemäß den Ansprüchen 8 bis 18 dienen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die aus mehreren Modulen aufgebaute Einrichtung zur Abfallverarbeitung nach Anspruch 8 ist zur Herstellung von Einrichtungen unterschiedlicher Leistung besonders fertigungsgünstig. Das Ofenvolumen kann an die zu verbrennende Abfallmenge einfach angepaßt werden. Durch Wahl der Volumina der Module kann die Verweilzeit des Rauchgases in der Einrichtung eingestellt werden.

Zu diesem Zweck kann vorteilhaft das zweite Modul, welches die zweite Brennkammer beinhaltet, gemäß Anspruch 9 aus mehreren Volumensegmenten zusammengestellt werden, wobei die Volumensegmente untereinander über vorzugsweise horizontale Durchgänge für das teilverbrannte Pyrolysegas verbunden sind. Eine Ausgangsöffnung eines Volumensegments bildet dabei mit einer Eingangsöffnung eines benachbarten Volumensegments eine Durchgangsöffnung. Eine Ausgangsöffnung eines Volumensegments kann mit dessen Eingangsöffnung über ein Turbulatorpaket in Verbindung stehen. Wenn die Turbulatorpakete in solchen strömungsmäßig hintereinander angeordneten Volumensegmenten immer dichter gepackt sind, wird ein besonders guter Flugascheabscheidungseffekt erzielt. – Es ist aber auch möglich, nicht alle Volumensegmente mit Turbulatorpaketen auszustatten und trotzdem die Wirkung einer Verlängerung der Verweilzeit des Rauchgases bzw. verbrannten Pyrolysegases in der Gesamteinrichtung zu erreichen, beispielsweise um gesetzlichen Bestimmungen zu genügen.

Gemäß Anspruch 10 können die Volumina der Module bzw. Volumensegmente durch einfügbare Wandzwischenstücke einfach variabel gestaltet sein, um die Verweilzeit durch Volumenänderung abzustimmen.

Insgesamt dient die Volumenanpassung an den Durchsatz des verbrennenden Abfalls ebenfalls zur Minimierung des TOC-Gehalts.

Das in jeweils dem zweiten Modul bzw. wenigstens einem Volumensegment des zweiten Moduls vorgesehene Turbulatorpaket umfaßt vorzugsweise nach Anspruch 11 eine Packung aus hochtemperaturbeständigem Draht. Der Draht kann unter der Strömung des durch das Turbulatorpaket geleiteten Gasstroms in Schwingung geraten und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit der restlichen Verbrennung des teilverbrannten Pyrolysegases mit dem Restsauerstoff des Rauchgases durch intensiven Kontakt verbessern. Es ist aber auch möglich, das Turbulatorpaket aus Blechstreifen oder keramischen Füllkörpern aufzubauen. Letztere sind allerdings gegenüber den erst genannten Alternativen schwerer und haben ein großes Eigenvolumen.

In dem ersten Modul, welches die erste Brennkammer beinhaltet, in der unten eine Ascheauffang- und Transporteinrichtung angeordnet ist, wird die Austragseinrichtung nach Anspruch 13 bevorzugt als Ascheschnecke realisiert. Zu dieser sind, wie oben erläutert, die Luftdüsen mindestens in einer Reihe in einem radialen Abstand zu der Ascheschnecke angeordnet, um die Luft pulsierend in das Aschebett zu injizieren.

Gemäß Anspruch 15 ist der endseitige Abschnitt der Transportschnecke, die zum Transport des Abfalls in die erste Brennkammer mit Trocknung und anschließender Pyrolyse vorgesehen ist, wie bereits vorgeschlagen, unten in ei nen halbschaligen Mantel aus feuertestem Material gefaßt. Damit wird erreicht, daß der mit der Transportschnecke transportierte Abfall einerseits auf der Oberseite der Transportschnecke direkt der Atmosphäre der ersten Brennkammer ausgesetzt ist und gleichwohl die Transportfunktion durch die Fassung an der Unterseite in dem halbschalenförmigen Mantel gewährleistet ist, der außerdem zur Wärmeübertragung an dem transportierten Abfall beiträgt.

Gemäß Anspruch 16 sind in einer bevorzugten Ausführungsform zwei Transportschnecken, und zwar je eine zur Zufuhr feuchten Abfalls und trockenen Abfalls an einem Kopf der ersten Brennkammer angeordnet.

Die Transportschnecken können nach Anspruch 17 innen durch Zwangsluft gekühlt sein, um nicht thermisch überlastet zu werden.

Der in Anspruch 19 angegebene Brenner für flüssige oder gasförmige Zusatzbrennstoffe benachbart zu der Transportschnecke bzw. beiden Transportschnecken dient wie erwähnt nur zur Einleitung der Abfallverbrennung, woran anschließend die Abfallverbrennung kontinuierlich ohne Einsatz von Zusatzbrennstoffen erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung mit drei Figuren näher erläutert, woraus sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben können. Es zeigt:
1 Eine Ansicht auf eine Längsseite der Einrichtung, teilweise geschnitten,
2 eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäß 1, ebenfalls teilweise geschnitten, und
3 eine Ansicht auf die rechte Stirnseite der Einrichtung, ebenfalls teilweise geschnitten.
Die Einrichtung umfaßt ein erstes Modul 1 sowie ein zweites Modul 2, welches aus Volumensegmenten 3 und 4 zusammengesetzt ist. Das erste Modul beinhaltet, wie weiter unten ausgeführt, eine erste Brennkammer 6 und das zweite Modul 2 eine zweite Brennkammer 7. Die Volumina der Module 1, 2 bzw. die Volumensegmente 3–4 des zweiten Moduls 2 können durch Einfügen von Wandzwischenstücken 8–10 an die erforderliche Kapazität der Einrichtung zum Verbrennen von Abfall angepaßt werden. Das erste Modul 1 ist mit dem Volumensegment 3 des zweiten Moduls 2 über einen Durchgang 12 gasleitend verbunden. Ein weiterer Durchgang 13 verbindet das Volumensegment 3 mit dem weiteren Volumensegment 4 des zweiten Moduls 2. Ein weiterer Durchgang 14 des zweiten Volumensegments kann zu einem dritten Volumensegment führen oder bildet einen Ausgang der Einrichtung. Das optimale Volumensegment 4 ist mit unterbrochenen Linien dargestellt. Abgesehen von dem Ausgang des letzten Volumensegments verbindet jeder Durchgang eine Eingangsöffnung eines Moduls z.B. 2 mit einer Ausgangsöffnung eines benachbarten Moduls z.B. 1. Die Eingangsöffnungen und die Ausgangsöffnungen sind in der Zeichnung nicht bezeichnet.
An einem Kopf der ersten Brennkammer 6 bzw. des die erste Brennkammer beinhaltenden ersten Moduls 1 sind zwei Transportschnecken 15, 16 angebracht, von denen die Transportschnecke 15 mit relativ kleinem Durchmesser zum Transport von feuchtem Abfall dient und die Transportschnecke 16 mit relativ großem Durchmesser zum Transport von trockenem Abfall. Von einer Beschickungsseite 17 abgewandt befindet sich die erste Brennkammer 6, die mit dem die Transportschnecken 15, 16 umgebenden Raum 18 in offener Verbindung steht. In diesem Raum 18 sind die Transportschnecken oben offen und nur auf ihren Unterseiten von einem nicht dargestellten halbschalenförmigen, annähernd U-förmigen Mantel aus feuertestem Material umfaßt. Der Mantel ist zweckmäßig aus einer Ofenausmauerung aus Schamottstein geformt.
Zwischen den Transportschnecken 15, 16 ist in dem Raum 18 ein Brenner 19 für Zusatzbrennstoff wie Dieselkraftstoff oder Abfallöl angeordnet, so daß er die Atmosphäre in dem Raum 18 und den mit den Transportschnecken 15, 16 transportierten Abfall nach Zündung des Zusatzbrennstoffes erhitzen kann.
In die erste Brennkammer 6 mündet weiterhin ein Luftventilator 20, der unterhalb des Raums 18 in einem Gestell untergebracht ist.
In der ersten Brennkammer 6 bzw. dem die erste Brennkammer 6 einschließenden ersten Modul 1 ist unten eine Ascheauffang- und Transporteinrichtung 21 mit einer Ascheschnecke 22 angeordnet, so daß sie die durch den Ausbrand der Pyrolyseprodukte entstehende Asche auffangen kann, die anschließend mit der Ascheschnecke ausgetragen wird. Im radialen Abstand zu der Transportschnecke 22 befinden sich weiterhin in der ersten Brennkammer 6 vier Reihen Luftdüsen 23–26, die über eine Leitung 27 mit pulsierender Luft beaufschlagt werden, Die Reihen 23 und 26 befinden sich dabei in einem engeren radialen Abstand zu der Ascheschnecke 22 als die Reihen 24 und 25.
Zum Schutz gegen Überhitzung ragt weiterhin in die erste Brennkammer 6 eine Wassereintrageinrichtung 28.
Der Ausgang der ersten Brennkammer 6 an dem Durchgang 12 befindet sich in dem oberen Bereich der ersten Brennkammer 6 zur Durchleitung von Rauchgas und teilverbranntem Pyrolysegas zu dem zweiten Modul 2.
In dem Volumensegment 3 des zweiten Moduls 2 ist ein Turbulatorpaket 29 untergebracht, und zwar so, daß dieses den Durchgang 12, in den das Rauchgas und teilverbrannte Pyrolysegas eintritt, von dem als Ausgang dienenden Durchgang 13 dieses Volumensegments trennt. Hierzu dient auch eine durchbrochene Wand 30. Das Turbulatorpaket 29 ist in der vorliegenden Ausführungsform aus einer Packung aus hochtemperaturbeständigem Draht gebildet, wobei die Packungsdichte den jeweiligen individuellen Erfordernissen angepaßt ist. Bei geringer Packungsdichte wird das Rauchgas und das weitgehend verbrannte Pyrolysegas widerstandsarm zu dem Durchgang 13 geleitet. Das Turbulatorpaket 29 kann aber auch eine Abscheidefunktion für Flugasche aus dem Rauchgas ausüben, die bei höherer Packungsdichte gefördert wird.
In den Raum zwischen der Wand 30 und stromaufwärts des Turbulatorpakets 29 mündet optional ein Luftgebläse 31, welches unterhalb des Turbulatorpakets 29 in dem Volumensegment 3 des zweiten Moduls 2 untergebracht ist.
Das sich an das Volumensegment 3 anschließende Volumensegment 4 ist ähnlich wie das Volumensegment 3 aufgebaut, umfaßt jedoch kein Luftgebläse. Alternativ kann das Volumensegment 4 auch ohne weiteres Turbulatorpaket 32, jedoch mit der den Strömungsweg zwischen dem Durchgang 13 und dem Durchgang 14 mit formender Wand 33 ausgebildet sein.
Das Verfahren zur Abfallverarbeitung, welches mit der beschriebenen Einrichtung durchgeführt werden kann, wird durch Erhitzen des Raums 18 mittels des Brenners 19 eingefeitet. Sobald der Raum 18 eine Temperatur von wenigstens 850°C erreicht hat, wird der zu verbrennende Abfall den Transportschnecken 15 und 16 zugeführt, und zwar der Transportschnecke 15 feuchter Abfall und der Transportschnecke 16 trockener Abfall. Im Verlauf des Transports zu der ersten Brennkammer 6 wird zunächst auch der feuchte Abfall getrocknet. Bei der in dem Raum 18 herrschenden Temperatur > 850°C wird der Abfall, der mit den Transportschnecken 15 und 16 weiter zu der ersten Brennkammer 6 transportiert wird, pyrolysiert, wobei als hochwertige Brennstoffe Pyrolysegas und Pyrolysekoks entstehen. Unter Luftzufuhr werden das Pyrolysegas und der Pyrolysekoks verbrannt, wobei der Ausbrand dieser Pyrolyseprodukte in der ersten Brennkammer 6 weitestgehend abgeschlossen wird. In ihr sind schließlich Asche, Rauchgas mit teilverbranntem Pyrolysegas vorhanden. Der TOC-Gehalt dieser Produkte ist nach dem geschilderten ersten Schritt bereits gering.
In einem sich daran anschließenden zweiten Schritt wird der TOC-Gehalt der Asche, die von der Ascheauffang- und Transporteinrichtung 21 gesammelt wird, weiter verringert, indem in das sich bildende Aschebett 34 mittels der Reihen 23–26 Luftdüsen pulsierende Luft injiziert wird. Hierzu kann der Luftdurchfluß durch die Leitung 27 im Sekundenrhythmus unterbrochen werden. Die pulsierende injizierte Druckluft hat weiterhin die Wirkung, daß eine festgebackene Schicht auf dem Aschebett durchbrochen wird und so ebenfalls mit der Ascheschnecke 22 abgefördert werden kann. Zu dem Durchbrechen dienen primär die Reihen 23 und 26 Luftdüsen in größerem Abstand zu der Ascheschnecke. Die Reihen Luftdüsen 24 und 25 befinden sich näher an der Ascheschnecke 22, um diese über das Aschebett 34 zu kühlen.
Mit dem zweiten Schritt wird erreicht, daß qualitativ hochwertige Asche, d.h. eine solche mit sehr niedrigem TOC-Gehalt aus der ersten Brennkammer 6 ausgetragen wird.
Um auch den TOC-Gehalt in dem Rauchgas und teilverbrannten Pyrolysegas weiter herab zu setzen, wird dieses in das zweite Modul 2, und zwar zunächst das Volumensegment 3 geleitet. Hierin durchströmt das Rauchgas und teilverbrannte Pyrolysegas das Turbulatorpaket, mit dem eine hohe Kontaktrate zwischen dem teilverbrannten Pyrolysegas und dem in dem Rauchgas vorhandenen Sauerstoff erzielt wird, so daß beide Gase intensiv gemischt werden und das Pyrolysegas nachverbrannt wird. Zusätzlich zu dem im Rauchgas vorhandenen Sauerstoff kann Zusatzluft zur Nachverbrennung beitragen, die durch das Luftgebläse 31 in dem Raum stromaufwärts des Turbulatorpakets 29 transportiert wird.
Das Turbulatorpaket 29 in dem zweiten Modul 2 kann weiterhin als Abscheider für Flugasche wirken, insbesondere bei dichter Packung. Dazu kann das Turbu latorpaket 29 mit einem Rüttler und einer Flugascheaustrageinrichtung ergänzt werden.
Abgesehen von den vorangehend genannten Funktionen des Turbulatorpakets 29 wirken sich die Volumensegmente infolge ihres Strömungswegs zwischen den Durchgängen 12 bzw. Eingang und Ausgang auf die Verweilzeit aus. Es kann daher sinnvoll sein, nachfolgende Volumensegmente wie das Volumensegment 4 auch ohne Turbulatorpaket zu nutzen, um eine ausreichende Rauchgasverweilzeit in der Einrichtung zu gewährleisten. in dieser Art können beispielsweise mindestens zwei Sekunden Verweilzeit, wie sie durch das (deutsche) Bundesemissionsschutzgesetz vorgeschrieben sind, mit Sicherheit erreicht werden.

1: 1. Modul
2: 2. Modul
3: Volumensegment
4: Volumensegment
5
6: 1. Brennkammer
7: 2. Brennkammer
8: Wandzwischenstück
9: Wandzwischenstück
10: Wandzwischenstück
11
12: Durchgang
13: Durchgang
14: Durchgang (oder Ausgang)
15: Transportschnecke
16: Transportschnecke
17: Beschickungsseite
18: Raum
19: Brenner
20: Luftventilator
21: Aschauffang- und Transporteinrichtung
22: Ascheschnecke
23: Reihe Luftdüsen
24: Reihe Luftdüsen
25: Reihe Luftdüsen
26: Reihe Luftdüsen
27: Leitung
28: Wassereintrageinrichtung
29: Turbulatorpaket
30: Wand
31: Luftgebläse
32: Turbulatorpaket
33: Wand
34: Aschebett

Claims

Verfahren zur Abfallverarbeitung, insbesondere von feuchtem Abfall, in mindestens einer ersten Brennkammer (6), in die der Abfall von einer Beschickungsstelle aus mit mindestens einer Transportschnecke (15, 16) unter Erwärmung transportiert wird, wobei der Abfall in einer Phase des Trocknens längs zumindest eines endseitigen Abschnitts der Transportschnecke (15, 16) in direktem Kontakt mit der Atmosphäre der ersten Brennkammer (6) transportiert wird, anschließend in einer Phase einer Pyrolyse weiter längs des endseitigen Abschnitts ebenfalls in direktem Kontakt mit der Atmosphäre der ersten Brennkammer (6) transportiert wird, wonach Pyrolyseprodukte in die erste Brennkammer (6) transportiert werden, in der eine Phase eines Ausbrands der Pyrolyseprodukte weitestgehend abgeschlossen wird, wonach in der ersten Brennkammer (6) erzeugte Asche unter Injektion pulsierender Luft in einem Aschebett (34) nachverbrannt wird, und wonach in einer zweiten Brennkammer (7) Pyrolysegas, das spätestens in der ersten Brennkammer (6) teilverbrannt ist, mit Rauchgas, das bei dem Ausbrand der Pyrolyseprodukte entstanden ist, und mit im Rauchgas vorhandenen Sauerstoff intensiv gemischt und nachverbrannt wird.
Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem nachzuverbrennenden Pyrolysegas und Rauchgas in der zweiten Brennkammer (7) Flugasche durch einen Abscheider zurückgehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Atmosphäre in den Brennkammern (6, 7) 850°C bis 1200°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Brennkammer (6) feuchter Abfall und trockener Abfall getrennt parallel mit zueinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugeführt werden, so daß der feuchte Abfall der Atmosphäre der ersten Brennkammer (6) länger ausgesetzt ist als der trockene Abfall.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der feuchte Abfall einen Wassergehalt von bis zu 75 Massenprozent aufweist und der trockene Abfall einen Wassergehalt von bis zu 15 Massenprozent hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Brennkammer (6) pulsierende Luft in das Aschebett (34), das eine oben offene Ascheschnecke (22) oben umgibt, in wenigstens einem radialen Abstand, bevorzugt zwei unterschiedlichen radialen Abständen, zu der Ascheschnecke (22) injiziert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die intensive Durchmischung des teilverbrannten Pyrolysegases und Rauchgases in der zweiten Brennkammer (7) mit einem Turbulatorpaket (29) erfolgt.
Einrichtung zur Abfallverarbeitung umfassend mehrere Module, von denen ein erstes Modul (1) eine erste Brennkammer (6) aufweist, in die der Abfall von einer Beschickungseinrichtung über mindestens eine Transportschnecke (15, 16) unter Erwärmung transportierbar ist, wobei zumindest ein endseitiger Abschnitt der Transportschnecke (15, 16) oben offen ist und mit dem Inneren der ersten Brennkammer (6) in offener Verbindung steht, wobei mit der ersten Brennkammer (6) ein Luftventilator (20) verbunden ist, wobei in der ersten Brennkammer (6) unten eine Ascheauffang- und Transporteinrichtung (21) angeordnet ist und im Abstand über der Transporteinrichtung Luftdüsen (23–26) zum pulsierenden Eintrag von Luft installiert sind, wobei ein zweites Modul (2) eine zweite Brennkammer (7) einschließt und mit dem ersten Modul (1) über einen oberhalb der Ascheauffang- und Transporteinrichtung (21) angeordneten Durchgang (12), gebildet aus einer Ausgangsöffnung in dem ersten Modul (1) und einer Eingangsöffnung in dem zweiten Modul (2), verbunden ist, und wobei die zweite Brennkammer (7) mindestens ein Turbulatorpaket (29, 32) einschließt und eine Ausgangsöffnung besitzt.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Modul (2) mehrere Volumensegmente (3, 4) umfaßt, die miteinander über Durchgänge (12, 13) für das Rauchgas und das teilverbrannte Pyrolysegas verbunden sind.
Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina der Module (1, 2) bzw. deren Volumensegmente (3, 4) durch einfügbare Wandzwischenstücke (8–10) variabel sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbulatorpaket (29) mindestens eine Packung aus hochtemperaturbeständigem Draht umfaßt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftgebläse (31) für eine weitere Luftzufuhr stromaufwärts vor dem Turbulatorpaket (29) in dem zweiten Modul (2) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragseinrichtung eine Ascheschnecke (22) ist und daß die Luftdüsen (23–26) in mindestens einer Reihe in einem radialen Abstand zu der Ascheschnecke (22) angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (23–26) in mindestens zwei Reihen in zwei radialen Abständen zu der Ascheschnecke (22) angeordnet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der endseitige Abschnitt der Transportschnecke (15, 16) unten in einen halbschaligen Mantel aus feuerfestem Material gefaßt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transportschnecken (15, 16) zur Zufuhr feuchten Abfalls und trockenen Abfalls an einem Kopf der ersten Brennkammer (6) angeordnet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportschnecken (15, 16) innen durch Zwangsluft gekühlt sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Innern der ersten Brennkammer (6) eine Wassereintrageinrichtung (28) in Verbindung steht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu der Transportschnecke (15, 16) ein Brenner (19) für flüssige oder gasförmige Zusatzbrennstoffe angeordnet ist.