DE19539949C2 - Verfahren und Vorrichtung zur simultanen Entsorgung von feinkörnigen Schüttgütern und sonstigen Abfällen in thermischen Abfallbehandlungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Entsorgung von feinkörnigen, ins­ besondere staubförmigen, Schüttgütern und sonstigen Abfällen in einer thermischen Behandlungsstufe, insbesondere im Feuerungsraum einer Müllverbrennungsanlage, wobei die feinkörnigen Schüttgüter getrennt von allen sonstigen Abfällen über eine separate Zuführung einem in der Behandlungsstufe angeordneten Brenner, der mit technisch reinem Sauerstoff oder einem einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisenden Gas betrieben wird, und/oder mindestens einer mit technisch reinem Sauerstoff oder einem einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisenden Gas beaufschlagten, in der Behandlungsstufe endenden Lanze zugeführt und direkt in die Flamme des Brenners und/oder der Lanze eingebracht werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Feinkörnige, insbesondere staubförmige, schadstoffhaltige Schüttgüter fallen bei vielen Produktionsprozessen an. Solche Stäube entstehen bspw. in Staubabscheidern von Rauchgasreinigungsanlagen, wie z. B. Kunststoffstäube und Holzspäne, oder als verbrauchtes Adsorbens in Rauchgasreinigungsprozessen, wie z. B. Aktivkohle, Kalk und Aktivkohle-Kalk-Gemische. Charakteristisch für diese Art der Abfälle ist die Tatsache, dass sie als Sekundärprodukte des jeweiligen großtechnischen Prozesses in verhältnismäßig kleinen Mengen anfallen und deshalb überwiegend in Gebinden (in der Regel 200 l-Fässer, maximal Silofahrzeug) umgeschlagen werden. Der überwiegende Teil dieser Schüttgüter muß aufgrund ihres Kontaminationsgrades thermisch (durch Verbrennen oder Vergasen) entsorgt werden. Dazu werden die Schüttgüter in der Regel in einen Vorlagebunker einer Müllbehandlungsanlage entleert und mit anderen im Vorlagebunker vorhandenen Abfällen über einen Greifer in die jeweilige Verbrennungseinrichtung (z. B. Drehrohr oder Rostfeuerung) eingebracht. Nur mit großem technischen Aufwand ist das Auftreten von staubförmigen Emissionen bei der Entleerung der Gebinde in den Vorlagebunker und der Überführung der Schüttgüter in die Verbrennungseinrichtung zu vermeiden.

Aus der DE 41 09 063 C2 ist es bekannt, bei einer thermischen Abfallbehandlungsanlage die feinkörnigen Schüttgüter getrennt von allen sonstigen Abfällen über eine separate Zuführung einem in der thermischen Behandlungsstufe angeordneten sauerstoffbetriebenen Brenner zuzuführen. Wie der einzigen Figur und der zugehörigen Beschreibung dieser Druckschrift zu entnehmen ist, wird der grobkörnige Müll über einen Schacht 5 dem hinteren Ende der Reaktionszone 2 zugeführt. Im Gegensatz dazu werden die feinkörnigen Abfallstoffe am gegenüberliegenden Ende der Reaktionszone 2 einem mit Sauerstoff betriebenen Vergasungsbrenner 1 zugeführt. Aus der Offenlegungsschrift DE 35 12 810 A1 ist die Verwendung von Sauerstofflanzen bei der Verbrennung von Abfallstoffen bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit denen eine wirtschaftliche Entsorgung der Schüttgüter bei weitgehender Vermeidung von Staubemissionen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die fein­ körnigen Schüttgüter in dem Bereich der thermischen Behandlungsstufe in die Flamme des Brenners und/oder der Lanze eingebracht werden, wo die sonstigen Abfälle in die thermische Behandlungsstufe eingegeben werden.

Da die feinkörnigen, insbesondere staubförmigen, Schüttgüter nicht einfach mittels ei­ nes Greifers gemeinsam mit den sonstigen Abfällen in die thermische Behandlungs­ stufe eingegeben werden, sondern über eine separate Zuführung direkt in die Flamme eines Brenners und/oder einer Lanze eingeführt und verbrannt und/oder eingeschmolzen werden, treten keine wesentlichen Staubemissionen auf. Außerdem wird dadurch eine sichere Entsorgung der Schüttgüter gewährleistet.

Mit Vorteil werden Schüttgüter mit einer Korngröße von weniger als 0,5 mm, bevorzugt weniger als 0,1 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,05 mm verwendet.

Vorzugsweise werden die Schüttgüter pneumatisch durch die Zuführung in die Flamme des Brenners und/oder der Lanze gefördert.

Die Schüttgüter werden zweckmäßigerweise durch Einblasen mittels eines Gases in die Flamme des Brenners und/oder der Lanze eingebracht. Bevorzugt werden stickstoffarme Gase verwendet, wodurch eine zu starke Stickoxidbildung vermieden wird. Es kann auch ein Brenngas, insbesondere Erdgas, Propan oder Butan eingesetzt werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird verunreinigtes Gas z. B. aus Deponien oder schadstoffbelastete Abluft z. B. aus Tankanlagen zum Einblasen der Schüttgüter in die Flamme eingesetzt. Derartige Gase müssen ohnehin entsorgt werden, so dass durch eine gleichzeitige Behandlung mit den Schüttgütern zwei Entsorgungsprobleme bzw. bei Verwendung von zu entsorgenden Stoffen als Zusatzstoffen, wie z. B. Klärschlämmen oder Pyrolyserückständen, sogar drei Entsorgungsprobleme gleichzeitig gelöst werden können.

Zum Einblasen der Schüttgüter in die Flamme des Brenners und/oder der Lanze wird bevorzugt eine Dispergier- und Dosiereinrichtung verwendet, wie sie in der DE 42 25 483 C2 beschrieben ist.

Da viele Stäube, wie z. B. Kunststoffstäube, einen hohen Heizwert aufweisen, wird durch die erfindungsgemäße Eintragsweise der Stäube erreicht, dass bereits zu Beginn der thermischen Behandlung der Stoffe hohe Temperaturen herrschen, wodurch die thermische Behandlung insgesamt effektiver arbeitet.

Für die Verbrennung und/oder Einschmelzung der Schüttgüter reicht ein kleiner mit Sauerstoff oder einem sauerstoffangereicherten Gas betriebener Brenner aus, wo­ durch eine gravierende Verschiebung des Temperaturprofits in der thermischen Be­ handlungsstufe ausgeschlossen wird. Aufgrund des Einsatzes von Sauerstoff oder eines sauerstoffangereicherten Gases entstehen nur geringe Abgasvolumenströme bei hohen Verbrennungstemperaturen. Dies bedeutet, dass die Reinigung der von der thermischen Behandlungsstufe abgezogenen Abgase durch die integrierte Staubbe­ handlung in der thermischen Behandlungsstufe kaum zusätzlich belastet wird.

Durch den Einsatz von technischem Sauerstoff oder einem mit Sauerstoff angereicherten Gas, insbesondere sauerstoffangereicherter Luft, wird die Einhaltung der erforderlichen hohen Temperaturen gewährleistet. Der technische Sauerstoff wird zweckmäßigerweise in einem Luftzerleger oder einer Druckwechseladsorptionsanlage (PSA-Anlage) vor Ort hergestellt oder in einem Vorratstank bereit gestellt.

Vorzugsweise werden die Schüttgüter in der Flamme des Brenners und/oder der Lanze bei Temperaturen von ca. 1.250 bis ca. 1.500°C und bei Umgebungsdruck vollständig verbrannt. Die Schüttgüter können aber auch in der Flamme nur teilweise oxidiert, z. B. einer Vergasung unterzogen werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Schüttgüter in der Flamme einzuschmelzen oder thermische Veränderungen der Schüttgüter vorzunehmen.

Bevorzugt werden überwiegend heizwertreiche Schüttgüter, insbesondere Aktivkoks, Kunststoffstaub oder Schredderabfälle, eingesetzt.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens werden den Schüttgütern ebenfalls zu entsorgende heizwertarme Abfall- oder Reststoffe, insbesondere Kalk oder Aktivkohle-Kalk-Gemische zugemischt. Durch die Verwendung von technisch reinem Sauerstoff oder eines mit Sauerstoff angereicherten Gases und den Einsatz heizwertreicher Schüttgüter im Brenner können nämlich auch energiearme feinkörnige, bevorzugt kontaminierte Abfall- oder Reststoffe in der Flamme verbrannt bzw. eingeschmolzen werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer thermischen Be­ handlungseinrichtung, insbesondere einem Feuerungsraum einer Müllverbrennungs­ anlage, die für die feinförnigen Schüttgüter einerseits und die sonstigen Abfälle andererseits getrennte Zugabeeinrichtungen aufweist, wobei die Zugabeeinrichtung für die feinkörnigen Schüttgüter mit einem innerhalb der Behandlungseinrichtung angeordneten Brenner und/oder mindestens einer innerhalb der Behandlungseinrichtung endenden Lanze verbunden ist, der bzw. die mit einer Versorgungseinrichtung für technisch reinen Sauerstoff oder ein einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisendes Gas in Verbindung steht.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Brenner in Nähe der Zugabeeinrichtung für die sonstigen Abfälle angeordnet ist und/oder die Lanze in Nähe der Zugabeeinrichtung für die sonstigen Abfälle endet. Da die Schüttgüter (z. B. Kunststoffstäube oder Aktivkohle) oftmals einen hohen Heizwert aufweisen, werden bereits im Eingangsbereich der Behandlungseinrichtung hohe Temperaturen erreicht, wodurch die Effektivität der thermischen Behandlung insgesamt gesteigert wird.

Die thermische Behandlungseinrichtung ist vorzugsweise als Verbrennungsanlage ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist die Verbrennungsanlage eine Rostfeuerung auf, beispielsweise kann die Verbrennungsanlage als konventionelle Müllverbrennungsanlage ausgebildet sein, die nach dem Dampf-Kraft-Prozess arbeitet. Die Behandlungseinrichtung kann aber auch als Drehrohrofen oder als Brennkammer ausgebildet sein.

Die Zugabeeinrichtung für die feinkörnigen Schüttgüter ist zweckmäßigerweise als Leitung ausgebildet, die mit einer pneumatischen Fördereinrichtung verbunden ist, welche die Schüttgüter ohne Staubemissionen durch die Leitung hindurch direkt in die Flamme des Brenners befördert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Brenner und/oder der Lanze eine Dosiereinrichtung gemäß der DE 42 25 483 C2 vorgeschaltet. Mit dieser Dosiereinrichtung wird erreicht, dass auch bei Anlieferung ständig wechselnder staubförmiger Schüttgüter mit unterschiedlichen Eigenschaften und in kleinen Mengen eine zuverlässige Entsorgung gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf einfache Weise in bereits bestehende Anlagen zur thermischen Behandlung von Stoffen, insbesondere in herkömmliche Müllverbrennungsanlagen, nachträglich eingebaut werden. Für eine Nachrüstung bestehender Anlagen eignen sich ganz besonders Müllverbrennungsanlagen, die eine Rostfeuerung aufweisen und nach dem Dampf-Kraft-Prozess arbeiten. Auch Drehrohröfen z. B. von Sondermüllverbrennungsanlagen eignen sich für eine Nachrüstung. Darüber hinaus ist ein Einsatz der Erfindung in speziellen Brennkammern denkbar.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens steht die Zugabeeinrichtung für die Schüttgüter mit einem Vorratsbehälter für einen heizwertarmen Abfall- oder Reststoff in Verbindung. Grundsätzlich eignen sich als heizwertarme Abfall- oder Reststoffe alle nicht brennbaren Stäube, die behandelt werden müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung eignen sich zur Behandlung von allen denkbaren feinkörnigen Schüttgütern, insbesondere von schadstoffbelasteten Stäuben, z. B. Kunststoffstäuben, Holzspänen oder verbrauchtem Adsorbens aus Rauchgasreinigungsprozessen wie z. B. Aktivkohle, Kalk, Kalk-Aktivkohle-Mischungen usw.. Mit der Erfindung können solche Schüttgüter ohne wesentliche Staubemissionen auf wirtschaftliche Weise entsorgt werden. Darüber hinaus wird bei Verwendung heizwertreicher Schüttgüter gleichzeitig eine Steigerung der Effektivität der thermischen Abfallbehandlung, z. B. in Müllverbrennungsanlagen erreicht. Dies ist besonders deshalb vorteilhaft, weil die üblicherweise angelieferten Abfälle in zunehmendem Maß einen sehr geringen Heizwert aufweisen, so dass die Verbrennung solcher Abfälle immer schwieriger wird.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren sind eine Reihe von Vorteilen verbunden. Durch den Einsatz von technischem Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereichertem Gas wird der in der thermischen Behandlungsstufe erzeugte Abgasvolumenstrom nur unwesentlich vergrößert. Zusätzlich wird der oftmals vorhandene Heizwert der Stäube gezielt genutzt.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines in einer Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:

In der Figur ist das Fließschema einer Müllverbrennungsanlage mit integrierter Aktiv­ kohleentsorgung dargestellt.

In Fig. 1 ist ein Feuerungsraum einer Müllverbrennungsanlage gezeigt, die nach dem üblichen Dampf-Kraft-Prozess arbeitet. Über eine Zuführung 2 wird zu verbrennender Abfall, insbesondere Sonderabfall, dem Feuerungsraum 1 der Müllverbrennungsanlage zugeführt. Der Feuerungsraum 1 der Müllverbrennungsanlage weist eine in der Figur nicht dargestellte Rostfeuerung auf. Bei der Verbrennung der Abfälle im Feuerungsraum 1 entstehen feste und/oder schmelzflüssige Verbrennungspartikel, die sich in einem der Abfallzuführung 2 abgewandten Teil des Feuerungsraums 1 als Schlacke ablagern. Die Schlacke wird über einen Abzug 3 gemeinsam mit den sonstigen festen Verbrennungsrückständen aus dem Feuerungsraum 1 abgeführt. Bei der Verbrennung der Abfallstoffe im Feuerungsraum 1 entstehende Verbrennungsabgase werden über eine Abgasleitung 5 einer Rauchgasreinigung 6 zugeführt. Die Rauchgasreinigung 6 fungiert als Schadstoffsenke im gesamten Verbrennungs-Prozess. Anschließend wird das Abgas über Abgasleitung 8 einer als Polizeifilter wirkenden Adsorptionsstufe 9 zugeführt, in der feinkörnige Aktivkohle zur Adsorption umweltrelevanter Gasinhaltsstoffe eingesetzt wird. Das gereinigte Abgas verlässt schließlich die Anlage über Leitung 10.

Nach erfolgter Adsorption wird die beladene Aktivkohle über Leitung 7 abgezogen und in einen Vorlagebehälter 15 eingebracht. Eine Siebvorrichtung 16 sorgt für eine Abtrennung grobkörniger Bestandteile, die über Leitung 17 gemeinsam mit den über Zuleitung 2 zugeführten Abfällen direkt in den Feuerungsraum 1 der Müllverbrennungsanlage eingebracht werden.

Die feinkörnigen Anteile werden mittels eines Trichters 18 einer Förderschnecke 19 aufgegeben, die die feinkörnigen Schüttgüter einer Schüttgutdrosselvorrichtung 20, die gemäß der DE 42 25 483 C2 aufgebaut ist, zuführt. Die Schüttgutdrosselvorrichtung 20 gibt die feinkörnigen Schüttgüter dosiert in eine Zuleitung 21 ab, über die die Schüttgüter zum Feuerungsraum 1 der Müllverbrennungsanlage geleitet werden.

Auf der Abfalleintrittsseite des Feuerungsraumes 1 ist ein Feststoffbrenner 11 angeordnet. Der Feststoffbrenner 11 wird mit technisch reinem Sauerstoff, der in einem nichtdargestellten Flüssigsauerstofftank bereitgestellt und über eine Sauerstoffleitung 12 dem Brenner zugeführt wird, versorgt.

In der Flamme des sauerstoffbetriebenen Feststoffbrenners 11 werden die Stäube bei einer Temperatur von ca. 1.350°C und Umgebungsdruck innerhalb des Feuerungsraumes 1 der Müllverbrennungsanlage vollständig verbrannt. Dabei entstehen schmelzflüssige Verbrennungspartikel und Verbrennungsabgas, das den Abgasvolumenstrom aus dem Feuerungsraum 1 nur unwesentlich erhöht. Die schmelzflüssigen Verbrennungspartikel lagern sich in einem kühlen Teil des Feuerungsraumes 1 der Müllverbrennungsanlage ab und werden gemeinsam mit den sonstigen festen Verbrennungsprodukten aus 1 ausgetragen. Die in der Aktivkohle enthaltenen Schadstoffe werden infolge des Verbrennungsvorgangs in der Flamme zerstört bzw. in die Gasphase überführt und mit den sonstigen Verbrennungsgasen der Rauchgasreinigung 6 zugeführt.

Über Leitung 13 gelangen zusätzlich angelieferte, bevorzugt verunreinigte Stäube in den Vorlagebehälter 15.

Mit dem beschriebenen Verfahren wird eine zuverlässige Entsorgung der schadstoffbelasteten feinkörnigen Aktivkohle gewährleistet, ohne dass wesentliche Staubemissionen auftreten. Gleichzeitig wird die Effektivität der Müllverbrennungsanlage gesteigert, da durch die Verbrennung der heizwertreichen feinkörnigen Aktivkohle mittels des sauerstoffbetriebenen Feststoffbrenners 11 im Eingangsbereich des Feuerungsraums 1 eine bedarfsgerechte Anpassung des Temperaturprofils innerhalb des Feuerungsraums 1 zusätzlich erfolgt. Durch Einstellung einer hohen Temperatur im Eingangsbereich wird die Verbrennung der Abfälle im Feuerungsraum 1 verbessert. Außerdem können konventionelle Energieträger (z. B. Heizöl) im Vergleich zur herkömmlichen Erzielung entsprechend hoher Feuerraumtemperatur eingespart werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur simultanen Entsorgung von feinkörnigen, insbesondere staubförmi­ gen, Schüttgütern und sonstigen Abfällen in einer thermischen Behandlungsstufe (1), insbesondere im Feuerungsraum einer Müllverbrennungsanlage, wobei die feinkörnigen Schüttgüter getrennt von allen sonstigen Abfällen über eine separate Zuführung (21) einem in der Behandlungsstufe (1) angeordneten Brenner (11), der mit technisch reinem Sauerstoff oder einem einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisenden Gas betrieben wird, und/oder mindestens einer mit technisch reinem Sauerstoff oder einem einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisenden Gas beaufschlagten, in der Behandlungsstufe endenden Lanze zugeführt und direkt in die Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigen Schüttgüter in dem Bereich der thermischen Behandlungsstufe (1) in die Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze eingebracht werden, wo die sonstigen Abfälle in die thermische Behandlungsstufe (1) eingegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttgüter pneu­ matisch in die Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze gefördert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttgüter mittels eines stickstoffarmen Gases in die Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze eingebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttgüter mittels eines zu entsorgenden Gases in die Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttgüter in der Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze bei Temperatu­ ren von ca. 1.250 bis ca. 1.500°C vollständig verbrannt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttgüter in der Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze teilweise oxi­ diert, insbesondere vergast, werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttgüter in der Flamme des Brenners (11) und/oder der Lanze eingeschmolzen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß überwiegend heizwertreiche Schüttgüter, insbesondere Aktivkoks, Kunststoffstaub oder Schredderabfälle, eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Schüttgütern heizwertarme Abfall- oder Reststoffe, insbesondere Kalk oder Aktiv­ kohle-Kalk-Gemische, zugemischt werden.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer thermi­ schen Behandlungseinrichtung, insbesondere einem Feuerungsraum einer Müll­ verbrennungsanlage, die für die feinkörnigen Schüttgüter einerseits und die sonstigen Abfälle andererseits getrennte Zugabeeinrichtungen (2, 21) aufweist, wobei die Zugabeeinrichtung (21) für die feinkörnigen Schüttgüter mit einem innerhalb der Behandlungseinrichtung (1) angeordneten Brenner (11) und/oder mindestens einer innerhalb der Behandlungseinrichtung endenden Lanze verbunden ist, der bzw. die mit einer Versorgungseinrichtung für technisch reinen Sauerstoff oder ein einen höheren Sauerstoffanteil als Luft aufweisendes Gas in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (11) in Nähe der Zugabeeinrichtung (2) für die sonstigen Abfälle angeordnet ist und/oder die Lanze in Nähe der Zugabeeinrichtung (2) für die sonstigen Abfälle endet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuga­ beeinrichtung (21) für die feinkörnigen Schüttgüter mit einer pneumatischen För­ dereinrichtung verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungseinrichtung eine Rostfeuerung aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungseinrichtung als Drehrohrofen ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabeeinrichtung für die Schüttgüter mit einem Vorratsbehälter für einen heizwertarmen Abfall- oder Reststoff in Verbindung steht.