DE19630151A1

DE19630151A1 - Verfahren zum Schmelzen von Asche

Info

Publication number: DE19630151A1
Application number: DE1996130151
Authority: DE
Inventors: Yohta Naka; Morio Iriyama; Shinobu Katoh; Kazuo Nakamura
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1997-01-30
Also published as: JPH0938620A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Asche und insbesondere ein Verfahren, bei dem Asche einschließlich Flugasche, die sich bei der Veraschung von Abwasserschlamm sowie von kommunalen und industriellen Abfällen ergibt, geschmolzen und in Schlacke verfestigt werden kann.

Der Ausstoß von Abfallstoffen wie Asche einschließlich Flugasche, die aus der Veraschung von Abwasser und kommunalen Abfällen stammt, nimmt jedes Jahr zu und es wird zunehmend schwieriger, die Verfügbarkeit von Deponien zu sichern. Zusätzlich stellt die potentielle Verschmutzung durch schädliche Schwermetalle wie Pb, Cu, Cr und Cd, die aus den Abfallstoffen freigesetzt werden, ein langfristiges Problem dar.

Ascheschmelzende Öfen erwecken die Aufmerksamkeit von Forschern als eine neue Technologie, die sich mit den oben genannten Problemen mit der Entsorgung von Abfällen ausein andersetzen kann. Gegenwärtig in Betrieb befindliche Schmelzöfen, die einen Brenner verwenden, stützen sich auf drei grundlegende Verfahren zum Bewirken des Schmelzens, und zwar Oberflächenrotation, Innenschmelzen und Wirbel schmelzen. Von diesen Verfahren hat sich das Wirbelschmelzen in Versuchen als besonders wirksam erwiesen.

Welches Verfahren auch verwendet wird, das Schmelzen von wirbelnden Aschen, die aus der Veraschung von Abwasser schlamm stammen, enthält das Verbrennen von Heizöl oder Erdgas mit Luft (ca. 21% O₂) oder sauerstoffangereicherter Luft (ca. 30% O₂) mittels eines Brennerzusatzes zum Ofen, so daß die Asche bei einer Innenofentemperatur von 1350 ± 150°C (variabel mit der Zusammensetzung der Asche) geschmolzen wird, wodurch eine schmelzflüssige Schlacke erzeugt wird. Die spezifische Dichte der schmelzflüssigen Schlacke ist drei- bis fünfmal höher als die der Asche und folglich kann eine bedeutende Volumenreduzierung erreicht werden. Des weiteren können schädliche Schwermetalle innerhalb der Schlacke immobilisiert werden, wodurch das Freisetzungs problem beseitigt wird. Zusätzlich hat die schmelzflüssige Schlacke solche physikalischen Eigenschaften, daß sie potentiell wiederverwertet werden kann für eine Verwendung als ein Baumaterial (Zuschlagstoff) oder als ein Straßen hinterfüllungsmaterial.

Die von dem Schmelzofen abgegebenen Verbrennungsgase sind ausreichend heiß, so daß ein Teil des Stickstoffes in der die Asche tragenden Luft oder Brennluft oxidiert und in thermisches NOx konvertiert wird. Um dieses Problem zu meistern, wird die in den Ofen zugeführte Brennluft in zwei oder mehr Stufen gesteuert, um zu gewährleisten, daß die Emission von NOx auf nicht mehr als etwa 150 ppm begrenzt wird.

Das thermische NOx wird sogar dann erzeugt, wenn die Asche im wesentlichen frei von Stickstoff ist, das eine NOx-Quelle darstellt, und sogar dann, wenn der Stickstoffgehalt des Brennstoffes im wesentlichen Null ist, wodurch das tatsächliche Fehlen von sogenannten "Brennstoff-NOx" sichergestellt ist, die andernfalls auftreten würden, falls Stickstoff in dem Brennstoff vorhanden wäre. Dieses Auftreten von thermischem NOx ist die unvermeidliche Folge der Verwendung von Luft oder sauerstoffangereicherter Luft bei der Technologie des Ascheschmelzens im Stand der Technik und sogar eine fortgeschrittene Verbrennungstechnologie mit niedrigem NOx-Grad hat sich als unfähig erwiesen, die NOx-Konzentration von Abgasen auf weniger als etwa 100 ppm zu reduzieren. Beinahe der gesamte Anteil des NOx in Abgasen besteht aus thermischem NOx und um das NOx, das ein hauptsächlicher Luftverunreinigungsstoff ist, weiter zu reduzieren, ist es notwendig, eine Denitrierungseinrichtung an einer Stufe zu installieren, die strömungsabwärts von der Abgasbehandlungsstufe gelegen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt unter diesen Umständen die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schmelzen von Asche in einem Ofen bereitzustellen, das keine Installierung einer speziellen Denitrierungseinrichtung erfordert und das dennoch die Bildung von NOx als ein hauptsächlicher Luftverunreinigungsstoff deutlich ausschalten kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Schmelzen von Veraschungsasche oder Flugasche in einem Schmelzofen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Reinsauerstoff als ein Brenngas zum Schmelzen in dem Ofen verwendet wird und daß ein aus dem Ofen kommendes NOx-Abgas teilweise zu dem Ofen zurückgeführt wird und der Rest in die Atmosphäre abgelassen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt die allgemeine Anordnung einer Wirbelschmelz einrichtung, die das Ascheschmelzverfahren gemäß der Erfindung verwendet.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist herausgefunden worden, daß Asche aus Veraschung keinen Stickstoff enthält und daß die Bildung von NOx in bei der Verbrennung entstehenden Abgasen weitgehend auf Stickstoff in der Luft zurückzuführen ist. Auf Grundlage dieser Erkenntnis verwendet die Erfindung Reinsauerstoff als ein Brenngas. Reinsauerstoff kann mit jeder herkömmlichen Technik wie Tieftemperaturtrennung oder Druckwechseladsorption erzeugt werden. Es ist ein weiteres charakterisierendes Merkmal der Erfindung, daß ein Teil des Abgases von dem Schmelzvorgang zu dem Schmelzofen zurückgeführt wird zur Steuerung seiner Innentemperatur und zur Verwendung als ein Trägergas (pneumatischer Transport), um Asche in den Ofen zu bringen. Somit beinhaltet das Verfahren der Erfindung keinen Transfer von Stickstoff von außerhalb des Systems.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Analysen der Zusammensetzungen der aus der Veraschung von kommunalen Abfällen und Abwasserschlamm herstammenden Aschen.

Tabelle 1

Offensichtlich sind die Aschen aus Veraschung tatsächlich frei von Stickstoff.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit das NOx in Abgasen vollständig entfernt werden, so daß das gegenwärtige Problem von NOx-Bildung als ein hauptsächlicher Luftverun reinigungsstoff gelöst werden kann.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet Rein sauerstoff als ein Brenngas und dies trägt zur vollständigen Beseitigung von NOx in dem von dem Schmelzofen kommenden Abgas bei. Ein Teil des Abgases wird zu dem Ofen zurück geführt, um seine Innentemperatur zu steuern, so daß er aufgrund der Verbrennung mit Reinsauerstoff nicht übermäßig heiß wird, wodurch eine Verschlechterung des Ofens, insbesondere des darin verwendeten feuerfesten Materials, verhindert wird.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird mit besonderem Vorteil bei einem Wirbelschmelzofen angewandt, der ein Trägergas verwendet, um Asche in den Ofen zuzuführen und einen Wirbel zu bilden. Das Verfahren kann jedoch selbstverständlich bei anderen Arten von Schmelzöfen angewandt werden.

Wie auf den vorangegangenen Seiten beschrieben worden ist, wird Reinsauerstoff als ein Brenngas bei der vorliegenden Erfindung verwendet, so daß das aus dem Schmelzofen kommende Abgas überhaupt kein NOx enthält und nicht weiter mit einer Denitrierungseinrichtung behandelt werden muß. Das Volumen das Abgases ist etwa ein Fünftel der Menge, die erzeugt wird, wenn Luft als das Brenngas verwendet wird, und somit können die Einrichtungen zur Abgasbehandlung, Staubsammlung und Ventilation kompakt ausgeführt sein. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß keine Notwendigkeit besteht, ein großes Luftvolumen zu erwärmen, und eine wesentliche Energieeinsparung wird erzielt. Zusätzlich ist das bisher verwendete Betriebssteuerverfahren zum Reduzieren der Bildung von thermischem NOx nicht länger notwendig und die Temperatur in dem Schmelzofen kann auf alle Werte eingestellt werden, die für unterschiedliche Aschequalitäten mit unterschiedlichen Schmelzpunkten geeignet sind und noch ausreichend hohe Temperaturen können aufrechterhalten werden, um die Aschen zu schmelzen.

Die folgenden Beispiele werden zum Zwecke der weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung dargebracht, sind jedoch in keiner Weise begrenzend.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt die allgemeine Anordnung einer Wirbelschmelz einrichtung als ein beispielhaftes System zum Schmelzen von Asche mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt ist, enthält die Einrichtung einen Aschetrichter 1, einen Wirbelschmelzofen 8, einen Wärmetauscher 13 zum Verhindern von Weißrauch, einen Entschwefelungs-/Ent feuchtungsturm 15, einen Staubsammler 18, ein Saugluft gebläse 20 und einen Schornstein 22. Der Aschetrichter 1 ist mit Aschen 3 beladen einschließlich Flugasche, die aus der Veraschung von öffentlichen Abfällen, Abwasserschlamm und industriellen Abfällen herstammt. Die Aschen 3 werden mit einer Speiseeinrichtung 2 in den Ofen 8 in tangentialer Richtung zugeführt. Die Aschen bilden dann einen Wirbel und werden bei etwa 1350°C effizient geschmolzen mittels eines Brennstoffes 4 und einem Sauerstoffbrenner 7, der mit einem Reinsauerstoffgenerator 5, der Reinsauerstoff erzeugt, verbunden ist.

Die geschmolzene Asche 9 wird am Unterende des Ofens 8 abgelassen und passiert einen Schlackekonverter 10, um eine Schlacke zu bilden, die schädliche Schwermetalle immobilisiert enthält. Die Schlacke kann wiederverwertet werden zur Verwendung als ein Bauzuschlagstoff oder als ein Straßenhinterfüllungsmaterial.

Weder der Brennstoff 4 noch die Aschen 3 enthalten Stick stoff und Reinsauerstoff wird als ein Einsatzgas für den Brenner 7 verwendet; folglich gibt es keine Bildung von NOx, das andernfalls schließlich in dem Abgas 11 von dem Schmelzofen 8 enthalten wäre. Das Abgas 11 wird in dem Entschwefelungs-/Entfeuchtungsturm 15 entschwefelt und entfeuchtet und danach in dem Staubkollektor 18 von Staubpartikeln befreit. Die entfernten Staubpartikel werden über eine Leitung 19 abgeführt. Eine Denitrierungs einrichtung ist nicht erforderlich, da das Abgas 11 kein NOx enthält. Der Turm 15 wird mit Wasser über eine Leitung 16 wiederaufgefüllt und das abfließende Wasser wird von dem Turm 15 über eine Leitung 17 abgeführt.

Ein Teil des Abgases wird mit dem Saugzuggebläse 20 angesaugt, so daß es als ein Zirkulationsgas 21 zu der Speiseeinrichtung 2 zur Verwendung als ein Aschetransportgas zurückgeführt wird. Das Zirkulationsgas wird auch durch einen Vorwärmer 12 zur Wärmerückgewinnung in eine Abfall wärmerückgewinnungseinrichtung 23 geführt und danach zu dem Sauerstoffbrenner 7 und dem Schmelzofen 8 gebracht, um die Temperatur in dem Ofen derart zu steuern, daß er nicht übermäßig heiß wird aufgrund der Verbrennung mit Reinsauer stoff, wodurch eine Verschlechterung des Ofens, insbesondere des darin verwendeten feuerfesten Materials, verhindert wird. Der Rest des Abgases, das mittels des Saugzuggebläses 20 gefördert worden ist, wird mit weißrauchverhindernder Luft 14 hinter dem Wärmetauscher 13 zum Verhindern von Weißrauch derart gemischt, daß es von dem Schornstein 22 ohne Emission von Weißrauch abgegeben wird.

Beispiel 2

Ein Versuch des Ascheschmelzens bei etwa 1350°C wurde ausgeführt, um den Fall der Verwendung von Luft als ein Brennstoffgas mit dem Fall der Verwendung von Sauerstoff zu vergleichen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse von Analysen des Abgases am Ausgang des Schmelzofens und am Ausgang des Schornsteins.

Claims

1. Verfahren zum Schmelzen von Veraschungsasche und/oder Flugasche in einem Schmelzofen, dadurch gekennzeichnet, daß Reinsauerstoff verwendet wird als ein Brenngas zum Schmelzen in dem Ofen und daß ein aus dem Schmelzofen kommendes NOx-freies Abgas teilweise in den Ofen zurückgeführt wird, um seine Innentemperatur zu steuern, und wobei der Rest in die Atmosphäre abgelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zurückkehrenden Abgases von dem Ofen verwendet wird, um Asche in den Ofen zu bringen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ofen aus der Gruppe der Öfen, enthaltend einen Oberflächenrotationsofen, einen Innenschmelzofen oder einen Wirbelschmelzofen, ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen von der Art eines Wirbelschmelzofens ist.