DE19640302A1 - Verfahren und Einrichtung zur Messung des Füllstands einer kohlenstoffhaltigen Schüttung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Ein­ richtung zur Messung des Füllstands einer kohlenstoffhaltigen Schüttung, insbesondere einer Schüttung von pyrolysiertem Ab­ fall. Sie wird insbesondere zur Einstellung der Füllstands­ höhe des pyrolysierten Abfalls bei einer Abfall-Beseitigungs­ anlage, vorzugsweise bei einer Anlage nach dem Schwel-Brenn-Ver­ fahren, eingesetzt. Bei einer solchen Anlage fällt heißer, heterogener pyrolysierter Abfall (Pyrolysereststoff) an.

Auf dem Gebiet der Abfall-Entsorgung ist das sogenannte Schwel-Brenn-Verfahren bekanntgeworden. Dieses Verfahren und eine danach arbeitende Anlage zur thermischen Abfallentsor­ gung sind beispielsweise in der EP-A-0 302 310 sowie in der DE-A-38 30 153 beschrieben. Die Anlage zur thermischen Ab­ fallentsorgung nach dem Schwel-Brenn-Verfahren enthält als wesentliche Komponenten eine Schweleinrichtung (Schweltrommel, Pyrolysereaktor) und eine Hochtemperatur-Brenn­ kammer. Die Schweleinrichtung setzt bei Beheizung den über eine Abfall-Transporteinrichtung aufgegebenen Abfall in einem unterstöchiometrisch ablaufenden Schwel- oder Pyrolyse­ vorgang in Schwelgas und Pyrolysereststoff (festes kohlen­ stoffhaltiges Schwelgut) um. Das Schwelgas und der Pyrolyse­ reststoff werden nach geeigneter Aufbereitung, insbesondere nach Aussortierung von wiederverwertbaren Fraktionen, dem Brenner der Hochtemperatur-Brennkammer zugeführt. In der Hochtemperatur-Brennkammer entsteht schmelzflüssige Schlacke, die über einen Abzug entnommen wird und die nach Abkühlung in glasartiger Form vorliegt. Das entstehende Rauchgas wird über eine Rauchgasleitung einem Kamin als Auslaß zugeführt. In diese Rauchgasleitung sind insbesondere ein Abhitzedampfer­ zeuger als Kühleinrichtung, eine Staubfilteranlage und eine Rauchgasreinigungsanlage eingebaut. Weiterhin befindet sich in der Rauchgasleitung ein Gasverdichter, der direkt am Aus­ gang der Rauchgasreinigungsanlage angeordnet und als Saugzug­ gebläse ausgebildet sein kann. Der eingebaute Gasverdichter dient zur Aufrechterhaltung eines - wenn auch nur geringen - Unterdrucks in der Schweltrommel. Durch diesen Unterdruck wird verhindert, daß Schwelgas durch die Ringdichtungen der Schweltrommel nach außen in die Umgebung austritt.

Durch die Abfall-Transporteinrichtung wird Abfall unter­ schiedlicher Art, z. B. zerkleinerter Hausmüll, hausmüllähnli­ cher Industrieabfall und zerkleinerter Sperrmüll, aber auch entwässerter Schlamm, der Schweltrommel zugeleitet.

Als Schweleinrichtung wird in der Regel eine sich drehende, relativ lange Schweltrommel eingesetzt, die innen eine Viel­ zahl von parallelen Heizrohren aufweist, an denen der Abfall weitgehend unter Luftabschluß aufgeheizt wird. Die Schwel­ trommel dreht sich dabei um ihre Längsachse. Vorzugsweise ist die Längsachse der Schweltrommel etwas gegenüber der Horizon­ talen geneigt, so daß sich das feste Schwelgut am Ausgang der Schweltrommel ansammeln und von dort über ein Schwelgas- und Reststoff-Austragsgehäuse mit Reststoff-Fallschacht in Rich­ tung auf eine Reststoff-Trennvorrichtung zur Aussortierung der wiederverwertbaren Fraktionen ausgetragen werden kann. Dieses Austragsgehäuse ist auch mit einem Austragsrohr für das Schwelgas versehen. An die Konstruktion der Hochtempera­ tur-Brennkammer samt Brenner werden hohe Anforderungen ge­ stellt.

Eine Regelung der Füllstandshöhe über eine Förderstrecke er­ gibt sich aus der DE-OS 44 27 180. Hier wird eine Einrichtung beschrieben, bei der ein dichtender Schwelgut-Pfropfen mit Hilfe eines vertikal angeordneten Fallschachts und einer nachgeschalteten Wendel oder Förderschnecke erzeugt wird. Eine Steuereinrichtung samt Füllstandsmesser sorgt dafür, daß die Füllstandshöhe des Schwelgut-Pfropfens auf einem vorgege­ benen Wert gehalten wird.

Beim Schwel-Brenn-Verfahren wird der pyrolysierte Abfall ebenso wie das Pyrolysegas in ein Austragsgefäß gegeben. Von dort gelangt der Pyrolysereststoff über eine Austrags­ schnecke, die von einem Elektromotor angetrieben wird, zu ei­ nem Feststoff-Ausgang, um dort aufgefangen zu werden. Die verwertbaren Stoffe werden danach aussortiert.

Es hat sich gezeigt, daß der Füllstand der Schüttung aus py­ rolysiertem Abfall im Austragsgefäß auf eine Mindesthöhe ein­ gestellt werden muß, damit hier immer ein ausreichender Ab­ fallpfropfen vorhanden ist. Der Grund dafür liegt darin, daß dieser Abfallpfropfen zur Abdichtung dient. Denn die Schwel- oder Pyrolysetrommel wird in der Regel auf Unterdruck gegen Atmosphärendruck gehalten, und die im Austragsgefäß liegende Schüttung aus dem in der Schweltrommel erzeugten Abfall ver­ hindert das Eindringen von Luft in die Schweltrommel vom Aus­ gang der Austragsschnecke her. In der DE-OS 44 27 180 ist an­ gegeben, daß der Füllstand dieser Schüttung geregelt oder auf einen Mindestwert eingestellt werden sollte. Dazu ist die Messung der Höhe des Reststoffs im Austragsgefäß erforder­ lich. Alle Versuche mit Mikrowellen, Ultraschall sowie induk­ tive Verfahren, die diesseits durchgeführt wurden, haben nicht zu einer verläßlichen Messung geführt. Alle solche Versuche für ein Automatisierungskonzept scheiterten bisher an Staub, Teerkondensat und zu starker Streuung der Strahlung an reflektierenden Blechteilen in der Schüttung. Zu beachten hierbei ist, daß das Schüttgut eine relativ hohe Temperatur aufweist, beispielsweise in der Größenordnung von 450°C.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verläßliches Verfahren und eine verläßliche Einrichtung zur Messung des Füllstands einer kohlenstoffhaltigen Schüttung anzugeben. Verfahren und Einrichtung sollen sich insbesondere für Mes­ sungen an der Schüttung von heißem pyrolysierten Abfall eig­ nen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Verfahren erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß zwischen einer ersten und zweiten Tempera­ turmeßstelle eine Temperaturvergleichsmessung durchgeführt wird, wobei die beiden Temperaturmeßstellen nahezu ortsgleich angeordnet sind, und wobei die erste Temperaturmeßstelle mit einem mit der kohlenstoffhaltigen Schüttung exotherm reagie­ renden Brennstoff gespült wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Einrichtung erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß eine erste und eine zweite Temperaturmeß­ sonde vorgesehen sind, daß die beiden Temperaturmeßsonden na­ hezu ortsgleich angeordnet sind, daß eine erste Spüleinrich­ tung vorgesehen ist, um die erste Tempraturmeßsonde mit einem mit der kohlenstoffhaltigen Schüttung exotherm reagierenden Brennstoff zu spülen, und daß eine Einrichtung zum Vergleich des Meßsignals der ersten Temperaturmeßsonde mit dem Meßsi­ gnal der zweiten Temperaturmeßsonde vorgesehen ist. Es wird also zur Höhenmessung der Schüttung hierbei ein Temperatur­ differenz-Sensor eingesetzt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

Bei dem hier angegebenen Verfahren dient zur Höhenmessung so­ mit eine Temperaturvergleichsmessung. Sind beide Temperatur­ meßstellen nicht von der Schüttung bedeckt, so haben sie im wesentlichen dieselbe Temperatur. Sind dagegen beide Tempera­ turmeßstellen von der Schüttung bedeckt, so reagiert die Schüttung an der ersten Tempraturmeßstelle mit dem zugeführ­ ten Brennstoff unter Freisetzung thermischer Energie, also unter lokal begrenzter Verbrennung. Dies führt dort zu einer Temperaturerhöhung. Diese Temperaturerhöhung wird im Ver­ gleich, d. h. durch Differenzbildung zur zweiten Temperatur­ meßstelle, erfaßt. Sie kann angezeigt und/oder weiterverar­ beitet werden.

Festzuhalten ist, daß die eine Temperaturmeßstelle mit dem besagten Brennstoff gespült wird. Dabei kann es sich um eine sauerstoffhaltige Substanz, ein Gas wie z. B. Luft, handeln. Die zweite Temperaturmeßstelle dient zum Vergleich. Zur Si­ cherheit kann diese zweite Meßstelle mit einem mit der Schüt­ tung nicht reagierenden Stoff gespült werden. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein inertes Gas wie Stickstoff han­ deln.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von vier Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Einrichtung zur Mes­ sung des Füllstands einer kohlenstoffhaltigen Schüttung,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Ausgangssignale der er­ sten und zweiten Temperaturmeßsonde, wenn diese im Laufe der Zeit von der Schüttung bedeckt werden,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Temperaturdifferenz für den Vorgang nach Fig. 2, und

Fig. 4 einen Ausschnitt einer Schwel-Brenn-Anlage mit Aus­ tragsgefäß und einer Einrichtung zur Messung des Füllstandes und zur Regelung des Füllstandes im Austragsgefäß.

Gemäß Fig. 1 ist in einer Wand 2 ein Temperaturdifferenz-Sen­ sor 4, d. h. eine Einrichtung zur Messung des Füllstands H einer Schüttung 6 aus einem heißen, kohlenstoffhaltigen Mate­ rial, untergebracht. Bei diesem Material kann es sich insbe­ sondere um pyrolysierten Abfall handeln, der von einer Pyro­ lysiereinrichtung oder Schweltrommel abgegeben wurde. Die Einrichtung 4 umfaßt eine erste Temperaturmeßsonde 8 zur Mes­ sung der Temperatur an einer ersten Temperaturmeßstelle und eine zweite Temperaturmeßsonde 10 zur Messung der Temperatur an einer zweiten Temperaturmeßstelle. Beide Temperaturmeßson­ den 8, 10 sind nahezu ortsgleich angeordnet, d. h. der Abstand x der beiden Temperaturmeßstellen 8a, 10a liegt nur im Be­ reich weniger Millimeter, beispielsweise im Bereich von 10 mm. Beide Temperaturmeßsonden 8, 10 sind als Mantel-Thermo­ elemente ausgeführt. Das heißt, es handelt sich um Thermoele­ mente, die jeweils in einem schützenden Rohr 12 bzw. 14 un­ tergebracht sind. Die Spitzen der Mantel-Thermoelemente 8, 10 ragen jeweils einen bestimmten Abstand a bzw. b aus den Roh­ ren 12 bzw. 14 hervor. Dieser Abstand a bzw. b kann bei­ spielsweise ca. 3 mm betragen. Die beiden Thermoelemente ge­ ben Meßsignale m1 bzw. m2 ab. Diese werden in einer Einrich­ tung 15 von einander subtrahiert.

Die beiden Rohre 12 und 14, die einen Durchmesser von ca. 5 mm haben, sind als Gasführungsrohre ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die erste Temperaturmeßstelle mit einem mit der Schüttung 6 exotherm reagierenden Brennstoff, wie z. B. Sauer­ stoff, und die zweite Temperaturmeßstelle mit einem mit der Schüttung 6 nicht-reagierenden Stoff zu spülen. Speziell wird vorliegend durch das erste Rohr 12 Sauerstoff (O₂) und durch das zweite Rohr 14 Stickstoff (N₂) hindurchgeleitet. Der Sau­ erstoff (O₂) wird dabei in Form von Luft zugeführt. Die bei­ den Rohre 12, 14 sind von einem ummantelnden Schützrohr 16 umgeben. Die Spüleinrichtungen sind allgemein mit 11 und 13 bezeichnet.

In Fig. 1 ist dargestellt, daß die Höhe H der Schüttung 6 nicht bis zum Temperaturdifferenz-Sensor 4 reicht. Die beiden Thermoelemente 8, 10 werden somit als Meßsignale m1, m2 im wesentlichen dieselbe Temperatur anzeigen. Wird nun die Schüttung 6 durch Zugabe von Abfall erhöht, so tauchen die Spitzen der beiden Thermoelemente 8, 10 in die heiße Substanz ein. Der Sauerstoffanteil der zugeführten Luft an der Spitze des ersten Thermoelements 8 dient zur Oxidation, d. h. er ver­ brennt mit einem gewissen Anteil der Schüttungssubstanz im Bereich der Spitze des ersten Thermoelements 8. Damit wird die Temperatur an der ersten Temperaturmeßstelle 8a im Ver­ gleich zur Temperatur an der zweiten Temperaturmeßstelle 10a erhöht. Denn die zweite Temperaturmeßstelle 10a behält die durch die Schüttung 6 aufgeprägte Temperatur. Die Tempera­ turerhöhung der ersten Meßstelle 8a ist ein Anzeichen dafür, daß die Schüttung 6 den Sensor 4 erreicht hat.

Da die Temperaturschwankungen bei einer Schwel-Brenn-Anlage sehr groß sein können, ist eine Absolut-Temperatur-Messung hinsichtlich der Niveauerfassung nicht aussagekräftig, wohl aber eine Temperatur-Differenzmessung. Dies ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Temperatur T in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei zum Zeitpunkt t₀ von einem Bereich A ohne Schüttungsberührung in einen Bereich B mit Schüttungsbe­ rührung übergegangen wird. Es ist ersichtlich, daß sich im Bereich B die Meßsignale m1 und m2 erheblich voneinander un­ terscheiden.

In Fig. 3 wird dies besonders deutlich. Hier ist das Tempe­ raturdifferenzsignal (m1-m2), dem die Temperaturdifferenz ΔT entspricht, über der Zeit t aufgetragen. Vom Zeitpunkt t₀ an ist im Bereich B die Signaldifferenz (m1-m2) erheblich von Null verschieden. Diese Signaldifferenz kann entweder ange­ zeigt oder weiterverarbeitet werden.

Zusammenfassend läßt sich sagen: Ist keine Schüttung 6 an den beiden Spitzen der Sonde 4 vorhanden, ist die Differenztempe­ ratur ΔT ca. 0° Kelvin. Baut sich eine Schüttung 6 auf, und erreicht die Schüttung 6 die Sonde 4 oder überflutet diese, wird die Differenztemperatur ΔT vom Zeitpunkt t₀ ab eine Sprungantwort geben. Dieses Signal kann gut weiterverarbeitet werden.

In Fig. 4 ist ein Teil einer Schwel-Brenn-Einrichtung darge­ stellt. Die vollständige Einrichtung geht beispielsweise aus den Figuren der EP-A 0 302 310 hervor. Nach Fig. 4 ist eine Pyrolyse- oder Schweltrommel 20 vorgesehen, die auf Unter­ druck gegenüber Umgebung gehalten wird und die um ihre Längs­ achse 21 drehbar ist. Sie ist mittels einer Dichtung 22 an einen Fallschacht oder ein Austragsgefäß 24 angekoppelt. Die Schweltrommel 20 wird durch Heizgas h aufgeheizt. Schwelgas s und heißer Pyrolysereststoff p, d. h. pyrolysierter Abfall 6, werden in das Austragsgefäß 24 gegeben. Hier bildet sich aus dem heißen Abfall 6 eine Schüttung 6, die über eine gegenüber der Horizontalen wenig geneigte Austragsschnecke 26 in Rich­ tung auf einen Ausgang 28 abgetragen wird.

Von Bedeutung ist es, die Höhe H der Schüttung 6 zu kennen, denn diese Schüttung 6 bildet einen pyrolysierten Abfall­ pfropfen, der den Zugang von Luft vom Ausgang 28 her in Rich­ tung auf die auf Unterdruck gehaltene Schweltrommel 20 ver­ hindert.

Der Füllstand H wird mit Hilfe mehrerer übereinander angeord­ neter Temperaturdifferenz-Sensoren 4 gemessen, wie sie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt sind. Die Ausgangssignale m1, m2 jedes der Sensoren 4 werden zwecks Differenzbildung in Ein­ heiten 15 gegeben. Deren Ausgangssignale werden in eine Re­ geleinrichtung 30 gegeben. Während jeder einzelne Sensor 4 mit Einheit 15 nur bestimmen kann, ob die Füllstandshöhe H der Schüttung 6 unterhalb seiner eigenen Höhe liegt, kann mit mehreren Sensoren 4 in groben Schritten etwa die Absoluthöhe festgestellt werden. Sinkt die Füllstandshöhe H unter einen vorgegebenen Mindestwert, wird über die Regeleinrichtung 30 und die nachgeschaltete Motorsteuerung die Drehgeschwindig­ keit der Austragsschnecke 26 verringert oder letztere still­ gesetzt, so daß die Höhe H des Füllstands wieder anwachsen kann. So bleibt stets ein ausreichend dichtender Abfallpfrop­ fen im Austragsgefäß 24 erhalten.

Claims (19)

1. Verfahren und Einrichtung zur Messung des Füllstands (H) einer kohlenstoffhaltigen Schüttung (6), insbesondere der Schüttung (6) von pyrolysiertem Abfall (7), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer ersten und zweiten Temperaturmeßstelle (8a, 10a) eine Temperaturvergleichsmessung durchgeführt wird, wobei die bei­ den Temperaturmeßstellen (8a, 10a) nahezu ortsgleich angeord­ net sind, und wobei die erste Temperaturmeßstelle (8a) mit einem mit der kohlenstoffhaltigen Schüttung (6) exotherm rea­ gierenden Brennstoff (O₂) gespült wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperaturmeßstelle (8a) mit Luft gespült wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperaturmeßstelle (10a) mit einem mit der Schüttung (6) nicht reagierenden Stoff (N₂) gespült wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperaturmeßstelle (10a) mit Stickstoff gespült wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dif­ ferenz der Signale (m1, m2) der beiden Temperaturmeßstellen (8a, 10a) gebildet und dann angezeigt und/oder weiterverar­ beitet wird.

6. Verfahren nach- einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tem­ peraturvergleichsmessung verwendet wird, um den Füllstand (H) einzustellen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schüttung (6) aus kohlenstoffhaltiger Substanz in einem Gefäß (24) befindet, wobei die Zufuhr und/oder die Abfuhr der Sub­ stanz zu bzw. aus dem Gefäß (24) einstellbar ist, und daß die Temperaturvergleichsmessung verwendet wird, um die Zufuhr und/oder die Abfuhr der Substanz einzustellen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schüttung (6) von heißem pyrolysierten Abfall die Abfuhr aus dem Gefäß (24) mittels einer Schnecke (26) in Abhängigkeit von der Temperaturvergleichsmessung durchgeführt wird.

9. Einrichtung zur Messung des Füllstands (H) einer kohlen­ stoffhaltigen Schüttung (6), insbesondere der Schüttung von pyrolysiertem Abfall, dadurch gekennzeichnet, daß eine er­ ste und eine zweite Temperaturmeßsonde (8, 10) vorgesehen sind, daß die beiden Temperaturmeßsonden (8, 10) nahezu orts­ gleich angeordnet sind, daß eine erste Spüleinrichtung (11) vorgesehen ist, um die erste Temperaturmeßsonde (8) mit einem mit der kohlenstoffhaltigen Schüttung (6) exotherm reagieren­ den Brennstoff (O₂) zu spülen, und daß eine Einrichtung (15) zum Vergleich des Meßsignals (m1) der ersten Temperaturmeß­ sonde (8) mit dem Meßsignal (m2) der zweiten Temperaturmeß­ sonde (10) vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Tem­ peraturmeßsonden (8, 10) Thermoelemente vorgesehen sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das erste Thermoelement in einem Gasführungsrohr (12, 14) un­ tergebracht ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Thermoelements eine Strecke (a, b) von ca. 3 mm aus dem Gasführungsrohr (12, 14) herausragt.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spit­ zen der Thermoelemente (8, 10) einen Abstand (x) von ca. 10 mm voneinander besitzen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spüleinrichtung (11) eine Einrichtung zur Zufuhr von Sauer­ stoff oder Luft umfaßt.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Spüleinrichtung (13) vorgesehen ist, um die zweite Temperaturmeßsonde (10) mit einem mit der Schüttung (6) nicht-reagierenden Stoff, insbesondere Stickstoff (N₂), zu spülen.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit weiteren gleichartigen, an der Schüttung (6) beabstandet an­ geordneten Einrichtungen (4) zur Messung des Füllstands (H) an eine Einrichtung (30) zur Einstellung oder Regelung des Füllstands (H) der Schüttung (6) angeschlossen ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung (30) zur Einstellung oder Regelung des Füllstands (H) Mittel (24) zur Zufuhr und/oder Abfuhr der kohlenstoff­ haltigen Substanz zu bzw. aus der Schüttung (6) umfaßt.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schüttung (6) aus pyrolysiertem Abfall die Mittel (24) zur Abfuhr des Abfalls aus der Schüttung (6) eine elektrisch steuerbare Schnecke (25) umfassen.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie sowie die weiteren Einrichtungen (4) zur Füllstandsmessung im we­ sentlichen übereinander in der Wand (28) eines Austragsbehäl­ ters (24) für pyrolysierten Abfall angeordnet sind.