DE19640497A1

DE19640497A1 - Koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien

Info

Publication number: DE19640497A1
Application number: DE19640497A
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Dipl Ing Feustel; Joachim Dipl Phys Mallon; Michael Schaaf; Klaus Dr Ing Scheidig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: DE19640497C2

Description

Die Erfindung betrifft einen koksbeheizten Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien, wie beispielsweise Hausmüllfraktionen unterschiedlicher Zusammensetzungen.

Aus dem Stand der Technik ist bereits durch DE 43 17 145 C1 ein derartiger koksbeheizter Schachtofen mit einer Einrichtung zur Entsorgung unterschiedlich zusammengesetzter Ab fallmaterialien, wie von lackiertem und kunststoffbehaftetem und/oder mit Kunststoff und anderen organischen Verbindungen vermischtem eisenmetallischen und/oder nichteisenme tallischen Schrott, bekannt. Für die Einrichtung ist kennzeichnend, daß mindestens 500 mm unterhalb der maximalen Schüttsäulenhöhe ein Kreislaufgasabsaugring mit gleichmäßig über den Schachtumfang verteilten Kreislaufgasabsaugöffnungen angeordnet ist, dieser durch eine Kreislaufgasleitung mit einem Kreislaufgasverteilerring verbunden ist; von dem mehrere Stichleitungen zu dem im unteren Schachtbereich liegenden Gaszuführungsdüsen reichen und zwischen der Schmelz- und Überhitzungszone und den Kreislaufgasabsaugöff nungen Überschußgasdüsen installiert sind, die mit bekannten Einrichtungen, wie einer Gasschockkühlung sowie Anlagen zur Gasreinigung und Wärmerückgewinnung als Über schußgasabsaugung verbunden sind. Verfahrensgemäß werden damit die eingebrachten Abfallmaterialien im oberen Schachtbereich entgast und/oder vergast, die dabei entstehen den staubhaltigen Gase als Kreislaufgas vollständig abgezogen, danach in der Schmelz- und Überhitzungszone mit Sauerstoff verbrannt, wobei sie anschließend die glühende Koks- und Schüttsäule durchströmen; das so entstehende Überschußgas tritt letztendlich zwi schen Kreislaufgasabsaugöffnung und Schmelz- und Überhitzungszone aus dem Ofen aus oder wird mittels einer Fördereinrichtung, beispielsweise einem Dampfstrahlverdichter ab gezogen und einer Abwärmenutzung, Schockkühlung und Entstaubung zugeführt. Durch DE 44 40 504 A1 ist eine weitere Ausführungsform der in DE 43 17 145 C1 offenbarten Ein richtung zur Entsorgung unterschiedlich zusammengesetzter Abfallmaterialien in einem koksbeheizten Kreislaufgasofen bekannt, bei der das Überschußgas direkt oder über eine Sammelleitung aus den Überschußgasdüsen in eine mit glühendem Koks gefüllte, vorzugs weise mit Wasser gekühlte Kokskammer mit gasdichtem Schleusensystem inklusive Ein wurftrichter strömt. In der Kokskammer werden quasi alle nicht vollständig zerlegten oder zurückgebildeten organischen Verbindungen zu CO, CO₂, H₂, H₂O sowie Sauerstoff- und Wasserstoffverbindungen der Spurengase N, F, Cl und S zerlegt und Staubanteile aus dem Überschußgas bereits vor Erreichen des Filters ausgefiltert. Die Koksfüllung steht dabei im direkten Kontakt mit dem glühenden Füllkoks und der heißen Schüttsäule des Ofenschach tes. Erreicht wird dies, indem die Überschußgasdüsen in einem Winkel größer 0° und vor zugsweise kleiner 90° zur Ofenachse angeordnet und mit einer Sammelleitung oder direkt mit dem unteren Teil der Kokskammer verbunden sind, die ihrerseits im oberen Teil, aber unterhalb des gasdichten Schleusensystems mit Einwurftrichter weiter mit bekannten Ein richtungen, wie einer Gasschockkühlung sowie Anlagen zur Gasreinigung und Wärmerück gewinnung als Überschußgasabsaugung verbunden ist. Über den anlagenspezifisch ge wählten Höhenunterschied zwischen der Einmündung der Überschußgasdüse oder der Sammelleitung in die Kokskammer und der aus dieser austretenden und beispielsweise zur Gasschockkühlung weiterführenden Rohrleitung soll die Höhe der wirksamen glühenden Koksschüttung in der Kokskammer frei einstellbar sein.

Die in DE 43 17 145 C1 und in DE 44 40 504 A1 dargestellten koksbeheizten Kreislauf gasöfen zur Entsorgung von Abfallmaterialien sind für die stoffliche und/oder energetische Verwertung von beispielsweise Hausmüllfraktionen verschiedener Zusammensetzungen auf Grund ihres Ofenkörpers, der ein zylindrischer Schacht ist, schwer einsetzbar. Denn Hausmüllfraktionen aus Aufbereitungsanlagen haben im Vergleich zu mineralischen Ein satzstoffen und eisenmetallischen Komponenten eine niedrigere Erweichungstemperatur und andere Erweichungsintervalle, woraus temperaturabhängig andere Konsistenzen resul tieren. So ist bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen mit einer verstärkten Haftungsneigung dieser Einsatzstoffe an der Wandung des Ofenkörpers zu rechnen, wo durch einerseits ein Absinken der Schüttung behindert wird und andererseits auch eine sukzessive Verdichtung der Schüttsäule eintreten kann. Dies führt dazu, daß durch die damit verminderte oder unterbrochene Energieübertragung vom Prozeßgas auf die Schüt tung der Prozeßablauf nicht mehr gewährleistet wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen koksbeheizten Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien, wie beispielsweise Hausmüllfraktionen verschiedener Zusammensetzungen zu schaffen, der bei Einsatzmate rialien mit unterschiedlicher Konsistenz und unterschiedlichem Erweichungsintervall einen ungestörten Prozeßablauf garantiert. Zur Lösung dieses Problems ist der eingangs genann te koksbeheizte Kreislaufgasofen durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des un abhängigen Anspruchs (1) weitergebildet. Damit ist der Vorteil erzielbar, daß sich die Gasgeschwindigkeiten im Bereich der beiden Gasabsaugebenen stark verringern sowie Zusetzerscheinungen im Bereich der Kreislaufgas- und Überschußgasabsaugöffnungen vermieden und an diesen Absaugöffnungen Staubablagerungen gemindert werden, so daß ein ungehinderter Prozeßablauf auch bei feuchten Hausmüllfraktionen gesichert ist. Pro zeßspezifische Temperaturen von größer 800°C führen deshalb auch nicht mehr zu schädlichen Sintererscheinungen. Insbesondere die lokale Einengung des Ofenschachtes oberhalb der Überschußgasabsaugebene im Bereich der Sauerstoffdüsen, die ein Fach mann aus der Schmelztechnik durch zu erwartende Schwierigkeiten beim Abschmelzen nicht installieren würde (DE-Z Jahresübersichten Gießerei, Band 2 (1965), Jahresüber sichten Kupolöfen, 2. Folge, S. 94 ff.), ermöglicht dadurch in diesem Bereich eine längere Verweilzeit der Einsatzmaterialien und damit die Ausbildung einer zweiten, durch regelbare Sauerstoffzufuhr gekennzeichneten heißen thermo-chemisch aktiven Zone oberhalb der Schmelz- und Überhitzungszone. In dieser Zone werden alle materialspezifischen Ver- und/oder Entgasungsprozesse der Einsatzstoffe bereits vor dem weiteren Absinken der Schüttung kontrolliert abgeschlossen.

Der koksbeheizte Kreislaufgaskupolofen ist auch zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von asbesthaltigen Bauabbruchstoffen und Bauanfallmaterialien, kontaminierten und/oder schwermetallhaltigen Stofffraktionen aus dem Industrie- und gewerblichen Sanie rungsbereich sowie von Reststoffen aus biologischen Aufbereitungsverfahren vorteilhaft einsetzbar.

Die Erfindung soll am Beispiel der stofflichen und energetischen Verwertung einer Mischung aus einer Hausmüllfraktion, von Sperrmüll und sogenanntem Stabilisat organischen Ur sprungs näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer koksbeheizter Kreislaufgasku polofen mit einem vom Begichtungstrichter 1 bis zum Herd 21 konisch erweiterten Ofen schacht 26 im Schnitt dargestellt.

Sie zeigt, daß unterhalb des Begichtungstrichters 1 ein nach unten konisch aufgeweiteter Ofenschachtteil 4 beginnt, in dem unmittelbar oberhalb der Kreislaufgasabsaugebene 2 schräg nach unten geneigte, mit der Reingasseite einer nicht dargestellten Gaswirtschaft oder einem separaten Gasreservoir verbundene Gaszuführungsdüsen 3 angeordnet sind. In der Kreislaufgasabsaugebene 2 ist eine sich nach oben konisch aufweitende großvolu mige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer 5 vorhanden, die mit dem Feuerfestmaterial 10 zugestellt ist und mit einer Wasserkühlung 6 für An- und Abfahrprozesse gekoppelt ist. Diese Absaug- und Gasberuhigungskammer 5, die außerdem einen Rohrstutzen 7 zur Installation eines Zusatzbrenners und/oder eines Schauloches sowie einen oder mehrere Kreislaufgasabsaugstutzen 8 mit Revisionsöffnung 25 hat, welche über Rohrleitungen mit integrierten Stellorganen, Meßeinrichtungen zur Volumenstrombestimmung und Kompensa tionselementen für Rohrausdehnungen versehen sind, ist direkt mit einem sauerstoffbetrie benen, wassergekühlten Gasstrahlverdichter 24 verbunden. Unmittelbar unterhalb der Ringkammer 5 schließt sich ein zylindrischer Ofenschachtteil 9 an, der mit dem Feuerfest material 10 bis in den Bereich der Überschußgasabsaugebene 11 querschnittsverjüngend zugestellt ist und eine oder mehrere eingebaute, schräg zur Schmelz- und Überhitzungszo ne gerichtete Sauerstoffdirekt-Injektionslanze 13 hat. Verbunden ist der Ofenschachtteil 9 im Bereich der Überschußgasabsaugebene 11 nach unten mit einer großvolumigen Ab saug- und Gasberuhigungsringkammer 12. In die Ringkammer 12 bzw. alternativ dazu in den Überschußgasabsaugstutzen 14 ist eine Wasserzuführungseinrichtung 15 und ober halb von der Wasserzuführungseinrichtung 15 eine Zuführungsschleuse für Feststoffe 16 mit zwei gasdicht arbeitenden Verschlußeinrichtungen 17; 18 und einem Einwurftrichter 19 installiert. Der Überschußgasabsaugstutzen 14 ist über ein nicht dargestelltes Förderorgan mit einer ebenfalls nicht dargestellten Gaswirtschaft verbunden, die ihrerseits auf der Rein gasseite wahlweise mit den Gaszuführungsdüsen 3 verbunden ist. Unterhalb der Ringkam mer 12 setzt sich der Ofenschacht 20 als konisch nach unten aufgeweiteter Kegelstumpf fort, in den der Gasstrahlverdichter 24 einmündet, und der in einen zylindrisch ausgebilde ten und zugestellten Herd 21 übergeht, in dem die Abzugsöffnungen für die Metallschmelze 22 und flüssige Schlacken 23 installiert sind. Zur stofflichen und energetischen Verwertung einer Mischung aus einer Hausmüllfraktion, von Sperrmüll und sogenanntem Stabilisat or ganischen Ursprungs ist, wie nachfolgend beschrieben, zu verfahren. Die Gattierung be steht aus 26,7% geshreddertem Hausmüll (I), 31,6% Sperrmüll mit einem Schrottanteil (II), 18,9% Hausmüllstabilisat (III/20-60 mm), 17,2% Hausmüllstabilisat (IV/0-20 mm), 3,8% Satzkoks (V) und 1,8% Kalkstein (VI) als Schlackebildner. Die wesentliche Zusammenset zung der Stoffe zeigen die Tabellen 1a bis 1c.

Das Satzgewicht beträgt 1000 kg. Der Ofen ist mit 6 Kreislaufgaseinrichtungen versehen und hat eine Leistung von 7,50 t/h Einsatzstoffe. Er wird wie ein koksgefeuerter Schacht ofen vorbereitet. Nach dem Einbringen des Füllkokses wird der Ofen geschlossen und mit einem Hilfsbrenner und natürlichem Zug bei geschlossener Klappe in der Kreislaufgas- und Überschußgasleitung über den Notkamin angebrannt, nach dem Durchbrennen der Füll kokssäule bis auf Weißglut mittels Sauerstoff und Luft vorgeblasen. Die Luftöffnung am Gasstrahlverdichter 24 wird geschlossen und die Klappen in der Kreislaufgas- und Über schußgasleitung geöffnet. Unmittelbar danach beginnt der Prozeß mit Aufgabe des ersten und weiterer Sätze, bis die obere Füllstandsmarke erreicht ist. Alle nachfolgenden Sätze erfolgen zeitabhängig als Funktion der Vergasungs-, Verbrennungs- und Schmelzleistung, also in Abhängigkeit der Absinkgeschwindigkeit der Schüttung. Die Gasstrahlverdichter 24 werden mit insgesamt 2164 Nm³/h Sauerstoff betrieben, so daß an der Kreislaufgasabsau gebene 2 mehr als 100% Gas, d. h. die hier vorliegenden 3750 Nm³/h Kreislaufgas plus die Sperrgasmenge von 52 Nm³/h, die über den Begichtungstrichter 1 eingebracht wird, abge zogen und in die Schmelz- und Verbrennungszone eingeblasen werden. Alternativ ist ober halb der Sperrgaszuführung ein Gasabzug 27 für die dann entstehenden Verdampfungs produkte vorgesehen, wenn ein Sperrgas höherer Temperatur verwendet wird, der mit der Gaswirtschaft verbunden ist und durch den diese Verdampfungsprodukte direkt der Gas wirtschaft zugeführt werden können. Da die Prozesse im Ofen temperaturabhängig sind, werden ca. 50% der im konischen Schacht 26 entstehenden Prozeßgasmenge zwischen Überschußgasabsaugebene 11 und Kreislaufgasabsaugebene 2 und der Rest durch die verbrennungs- und thermochemischen Stoffumwandlungen in der Schmelz- und Überhit zungszone, d. h. primär durch Verbrennung des festen Kohlenstoffpotentiales gebildet. Als Überschußgas werden 8693 Nm³/h abgezogen und der Gaswirtschaft, die einen Desinte grator beinhaltet, zugeführt. Die Temperatur des Gases liegt bei 650°C. Das Gas, welches den Desintegrator mit ca. 35°C verläßt, besteht aus rd. 33% H₂, 4,6% N₂, 17,3% CO₂, 40% CO und 5,1% H₂O. Etwa 592 l/h Wasser kondensieren aus. Desweiteren entstehen rd. 800 kg/h Metallschmelze und 1660 kg/h Schlacke, die den Anforderungen eines Einsat zes als Baustoff genügen. Nach der Gasreinigung liegt ein gereinigtes Brenngas mit einem Energieäquivalent von 18,55 MW vor. Außerdem entstehen rd. 40 kg/h Desintegrator schlamm und 0,8 kg/h beladener Aktivkoks. Diese Stoffe werden systemintern als externe Staubzugabe durch die Gasstrahlverdichter 24 oder brikettiert über den Begichtungstrichter 1 zugegeben, verschlackt und energetisch genutzt.

Die Wasserkühlung 6 kann bei Normalbetrieb als Vorwärmung der eingebrachten Einsatz stoffe genutzt werden. Beim An- und Abfahrbetrieb wird die Funktion als Kühlung genutzt.

Tabelle 1a

Elementaranalyse [Masse-%]

Tabelle 1b

gasförmige Anteile [Masse-%]

Tabelle 1c

mineralische Anteile [Masse-%]

Bezugszeichenliste

01 Begichtungstrichter
02 Kreislaufgasabsaugebene
03 Gaszuführungsdüse
04 konisch aufgeweiteter Ofenschachtteil
05 großvolumige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer
06 Wasserkühlung
07 Rohrstutzen
08 Kreislaufgasabsaugstutzen
09 Ofenschachtteil mit lokaler Einengung
10 Feuerfestmaterial
11 Überschußgasabsaugebene
12 großvolumige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer
13 Sauerstoffdirekt-Injektionslanze
14 Überschußgasabsaugstutzen
15 Wasserzuführungseinrichtung
16 Feststoff-Zuführungsschleuse
17 Verschlußeinrichtung
18 Verschlußeinrichtung
19 trichterförmige Einwurföffnung
20 kegelstumpfartiger Ofenteil
21 Herd
22 Abzugsöffnung für Metallschmelze
23 Schlackeabzugsöffnung
24 Gasstrahlverdichter
25 Revisionsöffnung
26 konischer Ofenschacht
27 Gasabzug

Claims

1. Koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien, wie beispielsweise Hausmüllfraktionen unterschiedlicher Zusammen setzungen, bestehend aus einem senkrechten Ofenschacht mit mehreren um den Umfang des Ofenschachtes angeordneten, unterhalb der Begichtung liegenden Ofengasabsaugöff nungen, die durch Kanäle mit über dem Herd im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszo ne installierten Düsen, welche zentrisch geführte Sauerstofflanzen haben und wie ein Gasstrahlverdichter wirken, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Begichtungstrichter (1) bis zum Herd (21) konisch erweiterte Ofenschacht (26) im Bereich der Kreislaufgas- und Überschußgasabsaugebene (2; 11) je eine großvolumi ge Absaug- und Gasberuhigungsringkammer (5; 12) hat, die durch ein Ofenschachtteil mit querschnittsverjüngender Einengung (9) und mit einer darin eingebauten schräg zur Schmelz- und Überhitzungszone gerichteten Sauerstoffdirekt-Injektionslanze (13) verbun den sind und unterhalb des Begichtungstrichters (1) ein Gasabzug (27) angeordnet ist.

2. Koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Absaug- und Gasberuhigungsringkammer (5) ein Rohrstutzen (7) zur Installation eines Zusatzbrenners und/oder eines Schauloches angeordnet ist.

3. Koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Absaug- und Gasberuhigungsringkammer (12) als Feststoffzufüh rungsschleuse (16) ausgeführt oder mit einer Feststoffzuführungsschleuse direkt verbun den ist und mit einem Überschußgasabsaugstutzen (14) sowie mit ein oder mehreren Wasserzuführungseinrichtungen (15) versehen ist.

4. Koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der vom Begichtungstrichter (1) bis zum Herd (21) konisch erweiter te Ofenschacht (26) aus konisch erweiterten und/oder zylindrischen Ofenschüssen be steht.