DE19626462A1

DE19626462A1 - Verfahren und Anordnung zum Betrieb einer mehrstufigen Anlage für die thermische Entsorgung von Abfall

Info

Publication number: DE19626462A1
Application number: DE1996126462
Authority: DE
Inventors: Jens Dr Ing Biet; Krystian Dipl Ing Lipa
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1998-01-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb einer mehrstufigen Anlage für die thermische Ent sorgung von Abfall.

Für die thermische Entsorgung von Abfall wird eine mehrstu fige Anlage angewendet, die mit einem vorgeschalteten Vorbe handlungskanal und einen Hochtemperaturreaktor sowie mit ei ner über einen Gaskanal nachgeschalteten und einen senkrech ten Ringkanal aufweisenden Quenche versehen ist (DE 43 07 462, DE 43 10 934, 43 27 320).

Der Vorbehandlungskanal für die Aufheizung, Trocknung, Entga sung und Teilvergasung ist mit einer äußeren Heizeinrich tung versehen, der mit einem Teil des erzeugten Gases des Hochtemperaturreaktors und/oder mit einem externen Gas be heizt wird (DE 41 00 859).

Der Hochtemperaturreaktor weist einen inneren Wandaufbau mit Feuerfestausmauerung und Wärmeübertrager zur Kühlung auf (DE 69003183 - EP 04 05 632, DE 38 16 340, 38 15 377, DD 2 88 614). Dieser innere Wandaufbau soll ein selbstregulie rendes System für den Aufbau eines natürlichen Panzers aus Schlacke gegen Korrosions- und Erosionsangriffe gewährlei sten. Der Ringkanal der Quenche weist ebenfalls einen Wärme übertrager zur Kühlung auf (DE 43 07 462, DD 2 99 893, DD 2 94 726).

Beim Betrieb einer solchen Anlage wurde jedoch festgestellt, daß bedingt durch das Beheizen des Vergasungskanals mit dem einen Teil des erzeugten Gases ein ungünstiger energetischer Wirkungsgrad eintritt, da dieser Teil des Gases für nachge schaltete Energieerzeugungsprozesse fehlt und die Kühlung des Hochtemperaturreaktors sowie des Ringkanals der Quenche nicht das angestrebte selbstregulierende System im vollen Umfang gewährleistet, die Korrosions- und Erosionsangriffe nicht abgewendet werden und der energetische Wirkungsgrad weiter vermindert wird. Darüber hinaus kann auch durch die Kühlung der Quenche unter oxidierenden Bedingungen die sogenannte "De-Novo<Synthese", die bei Temperaturen unterhalb 550°C in merklichem Umfang einsetzt, nicht vollständig ausgeschlossen werden (DE 42 11 513), so daß die chloridhaltigen Kohlenwas serstoffe nicht umfassend im Prozeß gespalten werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den energeti schen Gesamtwirkungsgrad des Prozesses zu verbessern, indem durch ein verbessertes energetisches Regime die dadurch er zeugte Wärme nutzbar wird und der Anteil des erzeugten Gases und/oder eines externen Gases für die thermische Vorbehand lung verringert bzw. eingespart wird. Darüber hinaus soll die Reisezeit von Hochtemperaturreaktor und Quenche erhöht werden.

Dies wird erfindungsgemäß durch Kombination folgender Schrit te erreicht:

a) die innere Wandung des Hochtemperaturreaktors im Bereich zwischen Entgasungskanal sowie Gaskanal und die des Ring kanals der Quenche wird stufenweise innerhalb von Wärmeübertragungsbereichen indirekt mittels eines Wärme trägermittels steuerbar gekühlt,
b) mit dem erwärmten Wärmeträgermittel des Hochtemperaturre aktors und/oder der Quenche wird der Entgasungskanal beaufschlagt.

Das erwärmte Wärmeübertragungsmittel des Hochtemperaturreak tors und/oder der Quenche wird wahlweise aus den Wärmeüber tragungsbereichen für Heizzwecke und/oder Energieerzeugungs prozesse ausgekoppelt.

Zur Realisierung sind durch Kombination folgender Merkmale erfindungsgemäß

a) die inneren Wandungen des Hochtemperaturreaktors im Bereich zwischen Entgasungskanal sowie Gaskanal und des Ringkanals der Quenche als steuerbare Abschnitte bestehend aus Feuerfestausmauerungs- und Wärmeübertragungsbereiche aufgebaut,
b) die Wärmeübertragungsbereiche des Hochtemperaturreaktors und/oder der Quenche sind in den Wärmeübertrager des Vor behandlungskanals eingebunden.

Die Wärmeübertragungsbereiche des Hochtemperaturreaktors und/oder der Quenche sind in Wärmeübertrager für Heizzwecke und/oder Energieerzeugungsprozesse eingebunden.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das stark vereinfachte Anlagenschema der mehrstufi gen Anlage für die thermische Entsorgung von Abfall.

Fig. 2 den prinzipiellen Wandaufbau für den Hochtemperatur reaktor.

Fig. 3 den prinzipiellen Wandaufbau für den Ringkanal der Quenche.

Der Hochtemperaturreaktor 2 weist den vorgeschalteten Entga sungskanal 1 für die Aufheizung, die Trocknung, die Entgasung 1 und die Teilvergasung des Abfalls mit der Entgasungskanalwan dung 3 auf (Fig. 1).

Der Rohgaskanal 4 des Hochtemperaturreaktors 2 ist über den Ringkanal 5 in die Quenche 6 eingebunden, die den Gaskanal 7 zu den nicht dargestellten Anlagen der Gaswäsche und -reini gung aufweist. Der Hochtemperaturreaktor 2 weist den Homoge nisierungsreaktor 44 und das Schlackeabflußrohr 8 auf. Der Hochtemperaturreaktor 2 ist mit der Innenwandung 9 verse hen, die die Wärmeübertragungsbereiche 10; 11; 12 auf weist. Die Wärmeübertragungsbereiche 10; 11; 12 weisen die Vorlaufleitungen 13; 14; 15 auf und die Rücklaufleitungen 16; 17; 18 auf, die mit der Verteilerleitung 19 und der Sammelleitung 20 verbunden sind. Der Ringkanal 5 der Quenche 6 ist mit der Innenwandung 21 versehen und weist die Wärme übertragungsbereiche 22; 23; 24 auf.

Die Wärmeübertragungsbereiche 22; 23; 24 sind mit den Vor laufleitungen 25; 26; 27 und den Rücklaufleitungen 28; 29; 30 versehen, die mit der Verteilerleitung 31 und der Sammellei tung 32 verbunden sind.

Die Innenwandung 9 des Hochtemperaturreaktors 2 weist den freien Gasraum 33, die Feuerfestausmauerung 34, die Wärme übertragungsbereiche 10; 11; 12 und die Wärmeisolierung 35 mit äußerem mechanischen Schutzmantel auf (Fig. 2).

Die Wärmeübertragungsbereiche 10; 11; 12 sind mit den Leitun gen 13; 14; 15; 16; 17; 18 versehen, die über die Verbin dungsleitungen 19; 20 verbunden sind. Die Wandung 21 des Ringkanals 5 der Quenche 6 weist den freien Gasraum 36, die Feuerfestausmauerung 37 und die Wärmeübertragungsbereiche 22; 23; 24 mit den Leitungen 25; 26; 27; 28; 29; 30 auf, die über die Verbindungsleitungen 31; 32 verbunden sind (Fig. 3).

Die Verbindungsleitung 20 des Hochtemperaturreaktors 2, der Verbindungsleitung 32 und des Ringkanals 5 sind über die Leitungen 38; 39 wahlweise in die Entgasungskanalwandung 3 des Entgasungskanals 1 und/oder über die Leitungen 40; 41 für Heizzwecke in einen ersten Wärmetauscher (nicht darge stellt) und/oder über die Leitungen 42; 43 für Energieerzeu gungszwecke in einen zweiten Wärmetauscher (nicht darge stellt) eingebunden (Fig. 1).

Die Leitungen 28; 29; 30 der Wärmeübertragungsbereiche 22; 23; 24 des Ringkanals 5 sind wahlweise einzeln oder gemeinsam mit den Leitungen 13; 14; 15 der Wärmeübertragungsbereiche 10; 11; 12 des Hochtemperaturreaktors 1 und/oder der Leitun gen 39; 43 und/oder der Leitungen 38; 42 koppelbar.

Die Wirkungsweise ist folgende:
Das mittels einer hydraulischen Hochdruckpresse verdichtete Abfallpaket wird in den Entgasungskanal 1 hineingeschoben. Im Entgasungskanal 1 wird der hochverdichtete Abfall unter Luftabschluß thermisch behandelt. Die dafür benötigte Wärme wird indirekt über die Entgasungskanalwandung 3 auf das Ab fallpaket übertragen. Als Wärmequellen sind sowohl das im Hochtemperaturreaktor 2 erzeugte Synthesegas als auch die im Hochtemperaturbereich ausgekoppelte Wärmeenergie verwendbar.

Die im Entgasungskanal 1 vorbehandelten, heißen und zum Teil entgasten Abfälle werden intermittierend in den mit dem Ent gasungskanal 1 gasdicht verbundenen Hochtemperaturreaktor 2 drückt. Dort werden die organischen Abfallbestandteile mit Sauerstoff bei einer Temperatur von ca. 2000°C vergast und die Inertstoffe aufgeschmolzen.

Bei der thermischen Stoffumwandlung fällt eine mineralische/ metallische Schmelze an, die aus dem Hochtemperaturreaktor 2 direkt in den Homogenisierungsreaktor 4 gelangt, in dem die noch verbleibenden organischen Bestandteile unter Zuhilfenah me von Gas und Sauerstoff aufoxidiert werden. Die homogeni sierte Schmelze läuft anschließend über das Schlackeabfluß wehr 8 ab und wird in einem Wasserbad gekühlt.

Das im Hochtemperaturreaktor 2 erzeugte heiße Synthesegas wird über den Rohgaskanal 4 und Ringkanal 5 der Quenche 6 zugeführt. In der Quenche 6 wird das Synthesegas schockartig gekühlt. Über den Gaskanal 7 wird das gekühlte und von teer artigen Bestandteilen weitgehend befreite Synthesegas einer nachgeschalteten mehrstufigen Synthesegaswäsche zugeführt.

Ein Teilstrom des gereinigten Synthesegases wird für die Be heizung des Entgasungskanals 1 benötigt. Das verbleibende Synthesegas wird der energetischen Nutzung zugeführt.

Die Innenwandungen 9 des Hochtemperaturreaktors 2 und die Innenwandungen 21 des Ringkanals 5 sind mit hochtemperaturbe ständigem Feuerfestausmauerung 34; 37 ausgekleidet, um einen vorzeitigen Verschleiß insbesondere an der Übergangsstelle zwischen der flüssigen und gasförmigen Phase entgegenzuwir ken. Dabei wird über die Wärmeübertragungsbereiche 10; 11; 12 dem Hochtemperaturreaktor 2 nur die Wärmemenge entzogen, die für den Aufbau einer dünnen Schutzschicht auf die Feuer festausmauerungen 34; 37 aus den Schmelzbestandteilen des Abfalls benötigt wird. Mit der Unterteilung in mehrere, von einander unabhängig regelbare Wärmeübertragungsbereiche 10; 11; 12 wird eine bessere Prozeßsteuerung ermöglicht. Das Kühlmedium wird dabei von der Verteilerleitung 19 und den Vorlaufleitungen 13; 14; 15 den einzelnen Wärmeübertragungs bereichen 10; 11; 12 zugeführt. Das aus den einzelnen Wärme übertragungsbereichen 10; 11; 12 austretende heiße Medium wird der Sammelleitung 20 zugeführt und von dort an die ein zelnen Wärmeverbraucher über die Leitungen 38; 41; 42 verteilt.

Die Regelung der Wandtemperatur im Bereich der einzelnen Wär meübertragungsbereiche 10; 11; 12 erfolgt über die kontrol lierte Durchflußmenge des Kühlmediums. Dazu werden in die Rücklaufleitungen 16; 17; 18 der einzelnen Wärmeübertragungs bereiche 10; 11; 12 geeignete Regelvorrichtungen eingesetzt.

Mit dem geregelten Abzug einer bestimmten Wärmemenge Q er folgt eine lokale Absenkung der Reaktorinnenwandtemperatur. Die dadurch bedingte Erstarrung der an der Reaktorwand ab fließenden Schlacke führt zum Aufbau einer natürlichen Schutzschicht. Um ein Zuwachsen des Reaktors von innen zu verhindern, wird zur Temperaturüberwachung zwischen der Aus mauerung und dem Kühlmantel ein Thermoelement angeordnet.

Um eine bessere Prozeßregelung zu erreichen, ist die Innen wandung 21 des Ringkanals 5 ebenfalls in die Wärmeübertra gungsbereiche 22; 23; 24 unterteilt. Das Kühlmedium wird über die Verteilerleitung 31 und den Vorlaufleitungen 25; 26; 27 den einzelnen Wärmeübertragungsbereichen 22; 23; 24 zuge führt. Das aus den einzelnen Bereichen austretende heiße Me dium wird der Sammelleitung 32 zugeführt und von dort an die einzelnen Wärmeverbraucher über die Leitungen 39; 40; 41; 43 verteilt. Die Regelung der Wandtemperatur im Bereich der ein zelnen Zonen erfolgt über die kontrollierte Durchflußmenge des Kühlmediums. Dazu werden in die Rücklaufleitungen 28; 29; 30 der Wärmeübertragungsbereiche 22; 23; 24 geeignete Regel vorrichtungen eingesetzt.

Damit werden folgende Effekte erzielt:

- Nutzung der thermischen Energie des heißen Synthesegases vor der Quenche 6 und damit Erhöhung des thermischen Wir kungsgrades des Gesamtprozesses
- Kühlung des Ringkanals 5 und damit Schutz vor überhöhtem Verschleiß
- Abkühlung des Synthesegases zur Entlastung der Quenche 6, denn die De-Novo-Synthese setzt merklich erst bei Tempera turen unterhalb von 550°C ein.

Die im Hochtemperaturreaktor 2 und Ringkanal 5 der Quenche 6 ausgekoppelte Wärme wird zur Vorwärmung des Abfalls im Entga sungskanal 1 verwendet. Hierzu wird das über die Leitungen 1 38; 39 zugeführte heiße Wärmeträgermedium dem als Doppelman tel gestalteten Wärmetauscher der Entgasungskanalwandung 3 des Entgasungskanals 1 zugeführt. Der Wärmetauscher wird da bei bevorzugt im ersten Teil des Entgasungskanals 1 eingesetzt.

Denkbar ist aber auch eine energetische Nutzung in anderen Betriebseinheiten, z. B. Prozeßwasserbehandlung, oder außer halb der Anlage, z. B. zur Fernwärmeversorgung. Hierzu wird das Wärmeträgermedium über die Leitungen 40; 41; 42; 43 den einzelnen Wärmeverbrauchern zugeführt und gekühlt. Über die Sammelvorlaufleitungen 19; 31 wird das Wärmeträgermedium im Kreislauf dem Hochtemperaturreaktor 2 und dem Ringkanal 5 zugeführt.

Als Wärmeträger kommt primär das in wärmetechnischen Prozes sen gängige Speisewasser bzw. der Wasserdampfin Frage. Die ses Medium zeichnet sich generell durch günstige thermodyna mische Eigenschaften, gute Wirtschaftlichkeit und hohe Um weltverträglichkeit aus.

Ein weiteres in Frage kommendes Medium bilden die Alkalime talle Natrium und Kalium. Die hohen Sicherheitsanforderungen stellen jedoch einen großen Nachteil für den Einsatz dieses Mediums dar. Thermoöle sind aufgrund der bei den vorherr schenden hohen Temperaturen zu beobachtenden geringen Stabi lität als Wärmeträgermedium ungeeignet.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1. Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Gesamt prozesses
2. Aufbau einer Schutzschicht aus den schmelzenden, anorgani schen Bestandteilen des Abfalls zum Schutz der Feuer festauskleidung vor thermischem und mechanischem Verschleiß
3. Vergleichmäßigung der Prozeßführung im Hochtemperaturreak tor, der Gasquenche und der Gasreinigung
4. Schutz der Gasreinigung vor Temperaturspitzen.

Bezugszeichenliste

1 Entgasungskanal
2 Hochtemperaturreaktor
3 Entgasungskanalwandung
4 Gaskanal
5 Ringkanal
6 Quenche
7 Gaskanal
8 Schlackeabflußwehr
9 Wandung
10 Wärmeübertragungsbereich
11 Wärmeübertragungsbereich
12 Wärmeübertragungsbereich
13 Vorlaufleitung
14 Vorlaufleitung
15 Vorlaufleitung
16 Rücklaufleitung
17 Rücklaufleitung
18 Rücklaufleitung
19 Verteilerleitung
20 Sammelleitung
21 Innenwandung
22 Wärmeübertragungsbereich
23 Wärmeübertragungsbereich
24 Wärmeübertragungsbereich
25 Vorlaufleitung
26 Vorlaufleitung
27 Vorlaufleitung
28 Rücklaufleitung
29 Rücklaufleitung
30 Rücklaufleitung
31 Verteilerleitung
32 Sammelleitung
33 Gasraum
34 Feuerfestausmauerung
35 Wärmeisolierung
36 Gasraum
37 Feuerfestausmauerung
38 Leitung
39 Leitung
40 Leitung
41 Leitung
42 Leitung
43 Leitung
44 Homogenisierungsreaktor

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer mehrstufigen Anlage für die thermische Entsorgung von Abfall, wobei ein Hochtemperatur reaktor mit einem vorgeschalteten Entgasungskanal sowie mit einer über einen Gaskanal nachgeschalteten und einen senk rechten Ringkanal aufweisenden Quenche versehen ist, gekennzeichnet durch die Kombination fol gender Schritte:

a) Die inneren Wandungen (9; 21) des Hochtemperaturreaktors (2) im Bereich zwischen Entgasungskanal (1) sowie Gaskanal (4) und die des Ringkanals (5) der Quenche (6) wird stu fenweise innerhalb von Wärmeübertragungsbereichen (10; 11; 12; 22; 23; 24) indirekt mittels eines Wärmeträgermittels steuerbar gekühlt,
b) mit dem erwärmten Wärmeträgermittel des Hochtemperaturre aktors (2) und/oder der Quenche (6) wird der Entgasungska nal (1) steuerbar beaufschlagt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das erwärmte Wärmeübertragungsmittel des Hochtemperaturreak tors (2) und/oder der Quenche (6) aus den Wärmeübertragungs bereichen (10; 11; 12; 22; 23; 24) für Heizzwecke und/oder Energieerzeugungsprozesse ausgekoppelt wird.

3. Anordnung zum Betrieb einer mehrstufigen Anlage für die thermische Entsorgung von Abfall, wobei ein Hochtemperaturre aktor mit einem vorgeschalteten Entgasungskanal sowie mit einer über einen Gaskanal nachgeschalteten und einen senk rechten Ringkanal aufweisenden Quenche versehen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die inneren Wandungen (9; 21) des Hochtemperaturreaktors (2) im Bereich zwischen Entgasungskanal (1) sowie Gaska nal (4) und des Ringkanals (5) der Quenche (6) sind als steuerbare Abschnitte (10; 11; 12; 22; 23; 24) bestehend aus Feuerfestausmauerungs- und Wärmeübertragungsbereiche aufgebaut,
b) die Wärmeübertragungsbereiche (10; 11; 12; 22; 23; 24) des Hochtemperaturreaktors (2) und/oder der Quenche (6) sind in den Wärmeübertrager des Entgasungskanals (1) eingebunden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmeübertragungsbereiche (10; 11; 12; 22; 23; 24) des Hochtemperaturreaktors (1) und/oder der Quenche (6) in Wär meübertrager für Heizzwecke und/oder Energieerzeugungsprozes se eingebunden sind.