DE19524215A1 - Schmelzofen zur thermischen Behandlung von schwermetallhaltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen - Google Patents
Schmelzofen zur thermischen Behandlung von schwermetallhaltigen und/oder dioxinhaltigen SonderabfällenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzofen zur thermi
schen Behandlung von schwermetallhaltigen und/oder dioxin
haltigen Sonderabfällen, umfassend ein Ofengefäß, das eine
Schmelzwanne zur Aufnahme einer Schmelze aufweist, mindestens
eine Beschickungsvorrichtung für die Zufuhr des zu behandeln
den Gutes, mindestens einen Gasauslaß, mindestens eine von
der Beschickungsvorrichtung durch eine Trennwand getrennte
Austragkammer, die mit der Schmelzwanne gasdicht über einen
Siphon verbunden ist, mindestens eine in das Ofengefäßinnere
hineinragenden ersten Heizvorrichtung und mindestens einer
zweiten Heizvorrichtung in der Austragkammer.
Ein Schmelzofen dieser Bauart ist beispielsweise aus der Euro
päischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
0 633 441 oder der inhaltsgleichen U.S. Patentanmeldung Ser.
No. 08/268 563 vom 6. Juli 1994 bekannt.
Bei der Abtrennung von giftigen, flüchtigen chemischen Verbin
dungen aus einem Gemenge von festen Partikeln wird Elektrofil
terstaub von industriellen Verbrennungsanlagen mit umwelt
feindlichen Schadstoffen, wie z. B. Schwermetallen und deren
Verbindungen, in einem Schmelzofen bis auf über 1400°C er
hitzt. Die dabei verdampfenden giftigen chemischen Verbindun
gen und Elemente werden über einen Abzug aus dem Schmelzofen
entfernt, kondensiert und ausgetragen. Der nicht verdampfte
Rückstand wird sukzessive eingeschmolzen und die Schmelze kon
tinuierlich oder intermittierend aus dem Reaktionsraum ausge
tragen und zur Erstarrung gebracht. Zum Erhitzen sind im Gas
raum des Schmelzofens elektrische Heizvorrichtungen vorgese
hen. Diese sind von der Ofenatmosphäre durch keramische
Schutzrohre getrennt.
Der Austrag erfolgt dabei häufig aus einer separaten Austrag
kammer, die gasdicht über ein Syphon mit dem eigentlichen
Schmelzofen verbunden ist. Dadurch wird verhindert, daß gif
tige Gase in die Austragkammer und damit in die Umgebung ge
langen. Weil es sich nun bei vielen zu behandelnden Abfällen
nicht vermeiden läßt, daß auch in der Austragkammer noch
schädliche Substanzen freigesetzt werden, ist dort ein zweiter
Gasauslaß mit entsprechend nachgeschalteter Quenche notwendig.
Neben den Kosten für die Quenche geht durch den Gasauslaß ein
beträchtlicher Teil der Wärme in der Austragkammer verloren.
Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zu
grunde, einen Schmelzofen zur thermischen Behandlung von
schwermetallhaltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen
anzugeben, bei dem die in der Austragkammer vorhandene Wärme
energie besser ausgenutzt werden kann sowie Ausgasungen in der
Austragkammer effektiv und einfach abgeführt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in
der Trennwand oberhalb des Niveaus der Schmelze eine oder meh
rere Öffnungen vorgesehen sind, welche eine freie Verbindung
zwischen Hauptofengefäß und Austragkammer herstellen.
Durch die Erfindung wird ein separater Gasauslaß in der Aus
tragkammer mit nachgeschalteter Quenche entbehrlich. Die hei
ßen und in geringem Maße noch Schadstoff enthaltenden Gase
werden in das Hauptofengefäß geleitet und verlassen zusammen
mit dem Hauptabgasstrom das Hauptofengefäß durch den
(einzigen) Gasaustritt. Je nach Auslegung der Ofenheizung und
Verteilung der Heizleistung auf Hauptofengefäß und Austrag
kammer kann dabei sogar auf eine Heizung im oberen Teil des
Hauptofengefäßes verzichtet werden, oder es können dort weni
ger oder weniger leistungsfähige Heizelemente eingesetzt wer
den. Ein nützlicher Nebeneffekt dieser "Zusatzheizung" besteht
darin, daß die regelmäßig von der Ofendecke in das Gefäßin
nere hineinragenden Heizelemente nicht mehr nur den extrem
aggressiven aus der Schmelze freigesetzten Gasen und Dämpfen
ausgesetzt sind, sondern auch von inerteren, d. h. weniger
aggressiven Gasen und Dämpfen aus der Austragkammer bestrichen
werden, was die Lebensdauer der Heizelemente positiv beein
flußt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels eines Schmelzofens zur thermischen Behandlung von
schwermetallhaltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt Schnitt durch einen Schmelzofen,
bestehend aus einem Hauptofengefäß und einer Aus
tragkammer;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schmelzofen gemäß Fig. 1
längs deren Linie AA;
Fig. 3 ein vereinfachtes Schemabild, das die Anordnung der
Badelektroden und deren elektrische Anspeisung
zeigt.
In Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung ist mit 1 ein Hauptofengefäß
bezeichnet. In einem metallischen Gehäuse sind Bodenwand 2,
Seitenwänden 3a, 3b und Decke 4 mit einer Ausmauerung 5 mit
Seitenwänden 5a, 5b und Boden 5c und Decke 5d aus Feuerfestma
terial, wie es beispielsweise im Glasschmelzofenbau verwendet
wird. Der untere Teil des Gefäßinneren bildet die
Schmelzwanne. Der zu behandelnde Filterstaub wird der
Schmelzwanne über einen Einlaß 6 mittels einer Eintragvor
richtung, z. B. eine Förderschnecke 7, an einer Stirnwand des
Ofens zugeführt. Die Schmelze 8 verläßt den eigentlichen Ofen
durch einen Syphon 9 an der gegenüberliegenden Stirnwand 10
des Hauptofengefäßes, welche zu diesem Zweck bis auf einen
Durchlaß 9 an den Boden 5c heranreicht. Das Niveau N der
Schmelze liegt dabei unterhalb der Förderschnecke 7 und ober
halb des Durchlasses 9. Sie gelangt dann von der Austragkammer
15 durch einen Überlauf 18 ins Freie. Die durch die thermi
sche Behandlung freigesetzten bzw. umgesetzten flüchtigen
Stoffe verlassen den Ofen über einen Gasauslaß 11 (Fig. 2),
welcher im oberen Bereich auf der Einlaßseite des Hauptofenge
fäßes 1 in Decke 4 angeordnet ist. Sie werden in einer Quen
che 16 schlagartig abgekühlt. Eine Saugpumpe 17 erzeugt dabei
die nötige Gasströmung.
Eine erste Heizvorrichtung in Form elektrischer Heizelemente
12, welche von Schutzrohren 13 auf Keramik-Basis ummantelt
sind, ragt von oben her in den Gasraum 14 des Hauptofenge
fäßes 1 hinein, ohne in die Schmelze 8 einzutauchen. Die
Schmelze 8 wird durch zusätzliche Heizelemente 19, 20 aufge
heizt. Für diese zusätzlichen Aufheizung sind nun in der Sei
tenwand 5a sowohl des Hauptofens 1 als auch der Austragkammer
15 Badelektroden 19 bzw. 20 vorgesehen, welche vergleichsweise
dich;L über dem Ofenboden 5c angeordnet sind, damit sie stets
von der Schmelze bedeckt sind. Die Badelektroden - sie beste
hen vorzugsweise aus Molybdän - sind nachstoßbar in Durchfüh
rungen 21 gehaltert, auswechselbar und außen durch Kappen 22
abgedeckt (vgl. Fig. 2). Um die Oxidation des heißen Molybdäns
zu verhindern, sind die Durchführungen 21 entweder
flüssigkeitsgekühlt, oder sie werden mit einem Inertgas ge
spült. Die Stromversorgung erfolgt über einen Transformator
23, der primärseitig an das normale Wechselspannungsnetz ange
schlossen ist.
Ein Schmelzofen, wie er im vorstehenden beschrieben wurde, das
Verfahren zu seinem Betrieb, die sich im Ofen abspielenden
Prozesse, sowie die Weiterbehandlung des den Ofen über den
Gasauslaß 11 verlassenden flüchtigen Substanzen ist Gegen
stand der EP-A-0 313 902 oder EP-A-0 359 931, auf welche hier
mit zwecks Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich Bezug
genommen wird. Anläßlich des Seminars "Müllverbrennung" der
Technischen Akademie Esslingen in Sarnen (Schweiz) vom 2. und
3. Mai 1991, wurde ferner ein Bericht der Herren J. Jochum,
H. Jodeit und E. Schmidl mit dem Titel "Die thermische Rest
stoffbehandlung nach dem DEGLOR-Verfahren" verteilt, in wel
chem über eine Pilottanlage in Hinwil (Schweiz) berichtet
wird, die nach dem eingangs genannten Verfahren arbeitet.
Weil es sich nun bei vielen zu behandelnden Sonderabfällen
kaum vermeiden läßt, daß aus der Schmelze in der Austragkam
mer wenn auch kleine Mengen schädlicher gas- oder dampfförmi
ger Substanzen freigesetzt werden, wurde es als unumgänglich
angesehen, auch in der Austragkammer einen Gasauslaß mit
nachgeschalteter Quenche und/oder Filter vorzusehen. Neben dem
zusätzlichen Bauaufwand resultieren aus einem weiteren Gasaus
laß Wärmeverluste. Um nun die in die Austragkammer 15 einge
brachte besser Heizenergie nutzen zu können, sieht die Erfin
dung vor, den Gasraum 14′ der Austragkammer 15 mit dem Gasraum
14 des Hauptofengefäßes durch eine oder mehrere Öffnungen 24
in der Trennwand 10 zu verbinden. Diese Öffnungen liegen ver
gleichsweise dicht oberhalb des Niveaus N der Schmelze 8 im
Bereich der unteren Hälfte, vorzugsweise im unteren Drittel
der Trennwand 10. Durch diese Öffnungen 24 werden die in der
Austragkammer 15 aus der Schmelze freigesetzt gas- und dampf
förmigen Substanzen in den Gasraum 14 des Hauptofengefäßes 1
gesaugt. Sie umströmen dabei die elektrischen Heizelemente 12.
Weil dieser Gasstrom mit weniger aggressiven Substanzen beladen
ist als der aus der Schmelze im Hauptofengefäß, werden die
Schutzrohre 13 der Heizelemente 12 weniger angegriffen, wo
durch sich deren Lebensdauer erhöht.
Die gesamte Durchtrittsfläche der Öffnungen 24 ist i.a. klein
gegenüber der Fläche der Trennwand 10 (etwa 1-10%). Sie wird
im wesentlichen durch den Gasstrom bestimmt, der aus der Aus
tragkammer 15 über das Hauptofengefäß abgeführt werden soll.
Um Ablagerungen in den Öffnungen 24 und Rückströmungen aus
dem Hauptofengefäß zu minimieren, soll in diesen die Strö
mungsgeschwindigkeit des Gasstroms größer als 1 m/sec sein.
Die unterschiedliche Aggressivität der in Hauptofengefäß 1 und
Austragkammer freigesetzten Gase und Dämpfe erlaubt es darüber
hinaus der Austragkammer mehr Wärme zuzuführen, als es zum ge
ordneten Austrag notwendig wäre, um mit diesem mehr an Wärme
den eigentlichen Schmelzprozeß und insbesondere das Ausgasen
des eingebrachten Sonderabfalls im Hauptofengefäß zu unter
stützen. Auch dies führt zu einer geringeren Belastung der
Heizelemente 12 und insbesondere ihrer Schutzrohre 13, weil
sie weniger thermisch belastet sind. Diese zusätzlich Wärme
kann beispielsweise durch eine größere Anzahl von Badelektro
den 19 in der Austragkammer 15 zugeführt werden. Auch können
dort von der Decke in den Gasraum 14′ ragende elektrische Heiz
elemente 12′ mit Schutzrohren 13′ oder auch Gasbrenner (nicht
eingezeichnet) vorgesehen sein. Aufgrund der geringeren Aggres
sivität der in der Austragkammer 15 freigesetzten Substanzen
kann gegebenenfalls sogar auf besondere Schutzrohre 13′ ver
zichtet werden, oder es können Schutzrohre geringerer Qualität
verwendet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Verbindung von Hauptofengefäß 1
und Austragkammer 15 in Verbindung mit einer forcierten Wärme
zufuhr zur Austragkammer 15 ist es sogar möglich, auf elektri
sche Heizelemente 12 im Gasraum 14 des Hauptofengefäßes zu
verzichten und den Schmelzprozeß dort nur durch Badelektroden
19 aufrechtzuerhalten.
Bezugszeichenliste
1 Hauptschmelzofen
2 Bodenwand von 1
3 Seitenwände von 1
4 Decke von 1
5 Ausmauerung
6 Einlaß
7 Förderschnecke
8 Schmelze
9 Syphon
10 Trennwand zwischen Hauptofen und Austragkammer 15
11 Gasauslaß
12, 12′ elektrische Heizelemente
13, 13′ Schutzrohre
14 Gasraum von 1
14′ Gasraum von 15
15 Austragkammer
16 Quenche
17 Saugpumpe
18 Überlauf
19, 20 Badelektroden
21 keramische Durchführungen
22 Hauben von 19, 20
23 Transformator
24 Öffnungen in 24
N Niveau der Schmelze
2 Bodenwand von 1
3 Seitenwände von 1
4 Decke von 1
5 Ausmauerung
6 Einlaß
7 Förderschnecke
8 Schmelze
9 Syphon
10 Trennwand zwischen Hauptofen und Austragkammer 15
11 Gasauslaß
12, 12′ elektrische Heizelemente
13, 13′ Schutzrohre
14 Gasraum von 1
14′ Gasraum von 15
15 Austragkammer
16 Quenche
17 Saugpumpe
18 Überlauf
19, 20 Badelektroden
21 keramische Durchführungen
22 Hauben von 19, 20
23 Transformator
24 Öffnungen in 24
N Niveau der Schmelze
Claims (4)
1. Schmelzofen zur thermischen Behandlung von schwermetall
haltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen, umfas
send ein Hauptofengefäß, das eine Schmelzwanne zur Auf
nahme einer Schmelze (8) aufweist, mindestens eine Be
schickungsvorrichtung (7) für die Zufuhr des zu behan
delnden Gutes, mindestens einem Gasauslaß (11), mindes
tens eine vom Hauptofengefäß durch eine Trennwand (10)
getrennte Austragkammer (15), die mit der Schmelzwanne
über einen Siphon (9) verbunden ist, mindestens eine in
das Ofengefäßinnere hineinragende erste Heizvorrichtung
(12) und mindestens eine zweite Heizvorrichtung (20) in
der Austragkammer (15), dadurch gekennzeichnet, daß in
der Trennwand (10) oberhalb des Niveaus (N) der Schmelze
eine oder mehrere Öffnungen (24) vorgesehen sind, welche
eine freie Verbindung des Gasraums (14) des Hauptofenge
fäßes (1) mit dem Gasraum (14′) der Austragkammer (15)
herstellen.
2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnungen (24) in der Trennwand (10) derart angeord
net und ausgebildet sind, daß sich ein gerichteter Gas
strom aus der Austragkammer (15) durch das Hauptofenge
fäß (1) zum Gasauslaß (11) einstellt, der zumindest
einige Heizelemente der ersten Heizvorrichtung (12) um
spült.
3. Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Öffnung(en) (24) in der unteren Hälfte,
vorzugsweise im unteren Drittel der Trennwand (10) an
geordnet sind.
4. Schmelzofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß in den Gasraum (14′) der Austragkammer
(15) dritte Heizelemente (12′) hineinragen, die vorzugs
weise als Gasbrenner ausgebildet sind.
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- 1996-06-26 GB GB9613340A patent/GB2302936B/en not_active Expired - Fee Related
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