DE19749183C2 - Verfahren für den keramischen Brand von Tonen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum keramischen Brand von Tonmaterialien, bei dem erfindungsgemäß ein Teil des Wärmebedarfs für einen ersten Drehrohrofen zum Brand von Tonmaterialien durch Zuführung eines energiereichen Abgases, welches aus der Verbrennung von Abfallmaterial in einem zweiten Drehrohrofen stammt, abgedeckt wird, wobei zugleich das energiereiche Abgas durch Überhitzung im ersten Drehrohrofen einer Nachverbrennung unterzogen wird. Bei dem Verfahren wird durch die Kopplung einer thermischen Abfallbehandlungsanlage (zweiter Drehrohrofen) mit einer Produktionsanlage (erster Drehrohrofen) zum Brand von Tonmaterialien die aktive Brennzone des ersten Drehrohrofens als Nachbrennzone für die Abgase der thermischen Abfallbehandlungsanlage genutzt, wobei die Heißgase der thermischen Abfallbehandlungsanlage mit einer Temperatur von ca. 850 DEG C-950 DEG C in den Ofenkopf der Produktionsanlage eingeleitet und durch einen Erdgasbrenner des ersten Drehrohrofens auf über 1200 DEG C mit einer Verweilzeit von > 2 Sekunden erhitzt werden. Das Verfahren führt gegenüber bekannten Herstellungstechnologien zur Einsparung von Brennstoffen durch Nutzung von Abwärme bei der Verbrennung von Abfallstoffen und damit zur Senkung der Emission von Kohlendioxid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den keramischen Brand von Tonmaterialien.

Für die Produktion von Kalzinat, Tonschamotte u. ä. stehen mit Erdgas beheizte Drehrohröfen zur Verfügung.

Durch ein spezielles Brennverfahren wird eine gleichmäßige volumenstabile Tonschamotte aus Ton o. ä. in vier verschiedenen Qualitäten erzeugt. Das Produkt wird u. a. in der Feuerfestindustrie, in der Baukeramik, zur Herstellung von Steinzeugrohren sowie als Stahlformschamotte eingesetzt.

Die verfahrenstechnische Situation zur Herstellung von Tonschamotte u. ä. im Drehrohrofen ist durch erforderliche Gastemperaturen in der Brennzone von < 1200°C und einem hohen Sauerstoffgehalt von ca. 13,5 Vol % gekennzeichnet. Der Brennprozeß in diesen Drehrohröfen verursacht somit einen hohen Energiebe­ darf und besitzt einen relativ niedrigen thermischen Wirkungsgrad. So betragen die Erdgaskosten ca. 50% der Herstellungskosten der Tonschamotte. Um eine kostengünstigere Herstellung zu erreichen, wurde deshalb versucht, die Wärmewirt­ schaftlichkeit des Brennprozesses zu verbessern.

Die DE-OS 21 02 398 offenbart dazu eine Ofenanlage zum Brennen vorzugsweise mineralischer Stoffe, umfassend mindestens zwei hintereinandergeschaltete, je für sich befeuerbare Brennöfen, vorzugsweise Drehrohröfen, mit einem Brenngutvor­ wärmer am Aufgabeende und einem als Verbrennungsluftvorwärmer wirkenden Brenngutkühler am Austragsende der Anlage, bei der die Abgase jedes Brenn­ abschnittes für sich sammelbar, jedoch dem Brenngutvorwärmer zuführbar sind, wobei wenigstens ein Brennabschnitt mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft für den Brenner dieses Abschnittes versehen ist und die Ofenanlage wahlweise auch unter Abschaltung einzelner Feuerungen und/oder unter Hindurchführen der Abgase jedes Brenn­ abschnittes durch alle ihm vorgeordneten Brennabschnitte gefahren werden kann. Bei dieser Anlage werden zwar durch den Versuch der Optimierung der Verfahrens­ führung gewisse Kostenreduzierungen erreicht, aber insgesamt keine zufriedens­ tellenden Brennstoffeinsparungen erhalten.

Auf der anderen Seite besteht in der heutigen Industriegesellschaft das Problem der Beseitigung von Abfallmaterialien verschiedenster Art, wie z. B. Altreifen, kontaminierte Böden oder andere toxisch verseuchte Materialien, die einer thermischen Behandlung unterworfen werden müssen, um die toxischen Ver­ bindungen zu zerstören bzw. abzubauen. Diese thermische Behandlung von Abfallmaterialien ist ebenfalls ein energieintensiver Prozeß, denn das kontaminierte Material ist auf eine Temperatur von über 1000°C zu erhitzen und das dabei erzeugte Rauchgas ist in einer Nachverbrennungsstufe nochmals mehr als 2 Sekunden einer erhöhten Temperatur von etwa 1200°C auszusetzen, um die stabilen toxischen Verbindungen endgültig zu zerstören. Auch für dieses Verfahren besteht demnach das Bestreben zur Kostenreduzierung durch Energieeinsparungen, das durch den bisher bekannten Stand der Technik durch direkte oder indirekte Ausnutzung der Wärmeenergie des Abgasstromes für den Verbrennungsprozeß, z. B. durch Rückführung in den Kreislauf zur indirekten Beheizung des Verbrennungs­ ofens oder zur Vorwärmung der Verbrennungsmedien, befriedigt wurde.

Aus der DE-OS 35 29 298 ist ein Verfahren zum Betrieb von mindestens zwei Tunnelöfen bekannt, von denen im ersten schwelgaserzeugende und im zweiten oder weiteren nichtschwelgaserzeugende Produkte gebrannt werden, bei dem die schwelgashaltigen Abgase des ersten Ofens mindestens zum größten Teil in die Brenn- und/oder Kühlzone des zweiten Ofens eingeleitet werden und die Abgase des zweiten Ofens im Eingangsbereich des Ofens oder der Anwärmzone entnom­ men werden, welche schließlich in die Atmosphäre gelangen. Beim Durchgang der schwelgashaltigen Abgase des ersten Ofens durch die Brennzone des zweiten werden diese bei 900 bis ca. 1200°C vollständig thermisch gereinigt. Bei diesem Verfahren werden zwei Produktionsbrennanlagen gekoppelt, wobei Voraussetzung ist, daß nur eine der beiden Anlagen ein nachbehandlungsbedürftiges Abgas erzeugt, so daß die Anwendung dieses Verfahrens auf den angegebenen, speziellen Anwendungsfall beschränkt ist.

Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, ein Verfahren für den keramischen Brand von Tonmaterialien zur Verfügung zu stellen, das sowohl zur Brennstoffeinsparung beim keramischen Brand der Tonmaterialien als auch zur Brennstoffeinsparung bei der thermischen Behandlung von kontaminierten Materialien und Abfallmaterialien führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teil des Wärmebe­ darfs für einen ersten Drehrohrofen zum Brand von Tonmaterialien durch Zuführung eines energiereichen Abgases, welches aus der Verbrennung von Abfallmaterial in einem zweiten Drehrohrofen stammt, abgedeckt wird, wobei zugleich das energiereiche Abgas durch Überhitzung im ersten Drehrohrofen einer Nachver­ brennung unterzogen wird.

Die Erfindung basiert demgemäß auf einem Verfahren, bei dem durch die Kopplung einer thermischen Abfallbehandlungsanlage (zweiter Drehrohrofen) mit einer Produktionsanlage (erster Drehrohrofen) zum Brand von Tonmaterialien die aktive Brennzone des ersten Drehrohrofens als Nachbrennzone für die Abgase der thermischen Abfallbehandlungsanlage genutzt wird. Das Wesentliche der Erfindung ist, daß die Heißgase der thermischen Abfallbehandlungsanlage mit einer Temperatur von ca. 850°C-950°C in den Ofenkopf der Produktionsanlage (erster Drehrohrofen) eingeleitet werden. Die Abgase werden durch die Erdgasflamme eines festinstallierten Brenners des Drehrohrofens 1 auf über 1200°C mit einer Verweilzeit von < 2 Sekunden erhitzt. Damit wird die erforderliche Gastemperatur für den Brennprozeß realisiert.

Die Brennzone des ersten Drehrohrofens ist einmal das Qualitätskriterium für den Brand einer volumenstabilen Tonschamotte o. ä. Tonmaterialien und dient zum anderen als Nachbrennkammer der Abgase der thermischen Abfallbehandlungs­ anlage, indem durch Überhitzung der Abgase die Vernichtung der schädlichen Bestandteile (Dioxine) erfolgt. Die Vorschriften der TA Luft bzw. 17. BimSchV werden somit eingehalten.

Durch die Kopplung der beiden Drehrohrofenanlagen ist es möglich, einen erheblichen Teil des Wärmebedarfs des ersten Drehrohrofens durch Zuführung des energiereichen Abgases der thermischen Abfallbehandlungsanlage - zweiter Drehrohrofen - abzudecken.

Die erforderliche Verbrennungsluft für die thermische Abfallbehandlungsanlage - zweiter Drehrohrofen - wird komplett von seinem Rostkühler entnommen, so daß keine Abluft vom Rostkühler mehr in die Atmosphäre abgeführt werden muß.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte technologische Schema erläutert.

Ausgehend von der vorhandenen Anlagenkonfiguration mit der Linie 1 und Linie 2, im wesentlichen bestehend aus Drehrohröfen, Rostkühlern, Ventilatoren und der die Drehrohröfen ofenauslaufseitig verbindenden Heißgasleitung, wird nachstehend die technische Lösung anhand des technologischen Schemas erläutert.

Der Drehrohrofen 2 fungiert als thermische Abfallbehandlungsanlage.

Die Zufuhr der Abfallstoffe, z. B. Altreifen, kontaminierte Böden o. ä. Abfall­ materialien, erfolgt dosiert über eine Aufgabenschleuse 14 am Ofeneinlaufkopf in den Drehrohrofen 2.

Vor der Aufgabe der Abfallstoffe ist der Drehrohrofen 2 durch den am Ofenein­ laufkopf angeordneten mobilen Gasbrenner 7 aufzuheizen.

Mit steigender Temperatur beim Aufheizvorgang wird der Verbrennungsluftventilator 17 angefahren und zunehmend Kühlerabluft 18 vom Rostkühler 6 des Drehrohr­ ofens 2 entnommen und über eine spezielle Leiteinrichtung des Ofeneinlaufkopfes in den Drehrohrofen 2 gefördert.

Zur Sicherung einer eindeutigen gas-/luftseitigen Trennung zwischen Drehrohrofen 2 und dem Rostkühler 6 enthält der Rostkühler 6 im Einlaufbereich eine Materialstauwand. Die Materialstaufwand ist so positioniert und gestaltet, daß sich eine abdichtende Materialschüttung von ausgebranntem Material und Verbrennungs­ rückständen bildet. Der Antrieb des Rostkühlers ist regelbar und wird so eingestellt, daß vor der Stauwand immer eine ausreichend abdichtende Materialschicht vorhanden ist.

Der Differenzdruck oberhalb der Rostbahn des Rostkühlers 6 und dem Ofenaus­ laufkopf des Drehrohrofens 2 ist gering und beträgt ca. 20 Pa, so daß eine Strömung vom Rostkühler 6 zum Ofenauslaufkopf des Drehrohrofens 2 über die Heißgasleitung 8 zum Drehrohrofen 1 ausgeschlossen ist.

Die Druckverhältnisse in dem Ofensystem der Linie 1 und der Linie 2 werden einreguliert, indem durch Verstellen der Drosselklappe 5 vor dem Abgasventilator 4 der Unterdruck im Ofenkopf konstant gehalten wird.

Während des Aufheizvorganges, d. h. vor der Abfallstoffaufgabe, ist der Drehrohr­ ofen 2 mit dem Hilfsantrieb zu drehen. Mit der Abfallstoffaufgabe wird der Drehrohrofen 2 mit dem Hauptantrieb mit einer Drehzahl von ca. 0,5-0,7 U/min gefahren.

Nach ca. 4-5 Stunden ist an der Meßstelle im Materialaufgabebereich 14 mit Hilfe des Anfahrbrenners eine Temperatur von < 850°C erreicht und die Abfallstoffauf­ gabe kann erfolgen. Ab dieser Temperatur ist die Zündung der Albfallstoffe im Drehrohrofen 2 gewährleistet.

Es wird mit einer Abfallstoffmenge von ca. 200 Kg/h begonnen. Über die Verbrennungsluftleitung 18 wird die erforderliche Luftmenge dem Verbrennungs­ ventilator 17 zugeführt.

Der mobile Gasbrenner 7 wird mit der Abfallstoffaufgabe gedrosselt, jedoch immer mit der Vorgabe, die Temperatur von 850°C nicht zu unterschreiten. Nachdem stabile Temperatur- und Druckverhältnisse vorliegen, wird der mobile Gasbrenner 7 entfernt.

Die Verbrennungsluftmenge wird mit der Meßstelle erfaßt und einreguliert. Die Verbrennungsluftmenge ist so einzustellen, daß der Abfallstoff mit einer Luftüber­ schußzahl von ca. 1,5 verbrannt wird.

Durch die stufenlose Drehzahlregelung des Drehrohrofens 2 sind zur Verbrennung der Abfallstoffe Verweilzeiten bis zu 260 Minuten möglich. Bei den im Ofen vorliegenden Temperaturen und dem Sauerstoffgehalt in der Ofenatmosphäre ist eine Verbrennung der organischen Bestandteile gesichert.

Die aus dem Drehrohrofen 2 ausgetragenen Verbrennungsrückstände 12, 13 fallen in den Materialeinlaufschacht des Rostkühlers 6 und werden nach Einschalten des Rostkühlerantriebes ausgetragen. Der Rostkühlerantrieb ist mit der geringsten Geschwindigkeit zu fahren, so daß der Materialeinfüllschacht immer gefüllt ist.

Die durch die Verbrennung der Abfallstoffe entstandenen Heißgase aus dem Drehrohrofen 2 der Linie 2 werden mit einer Temperatur von 850-950°C über die Heißgasleitung 8 zum Drehrohrofen 1 der Linie 1 geführt.

Zur Produktion von z. B. Tonschamotte wird dem Drehrohrofen 1 zerkleinerter Rohton über die Bandanlage 15 zugeführt. Durch die Neigung und die variable Drehzahl des Ofens wird der Rohton im Ofen gegen den Energieträger (Gegenstrom­ prinzip) zum Auslauf bewegt. Die Durchlaufzeit beträgt ca. 4 Stunden.

Der Drehrohrofen 1 wird wie bisher mit Erdgas befeuert. Im Rostkühler 3 ist eine Trennwand herabzulassen.

Die Heißgase (Abgase) der thermischen Abfallbehandlungsanlage werden über einen gemauerten Kanal vor dem Ofenkopf des Drehrohrofen 1 eingebunden. Dort erfolgt unter Einwirkung der Erdgasflamme vom Brenner des Drehrohrofen 1 die Überhitzung der Heißgase auf über 1200°C mit einer Verweilzeit von < 2 Sekunden.

Der sich im Gegenstrom des Heißgases zum Auslauf bewegende Rohton wird bei Temperaturen von 1200°C zu einer volumenstabilen Tonschamotte gebrannt.

Durch vorstehende Überhitzung der Heißgase (Abgase) erfolgt eine Nachver­ brennung und eine vollständige Vernichtung der schädlichen Bestandteile (Dioxine).

Die Abgase des Drehrohrofens 1 werden vom Rohgaskanalanschluß zur Grob­ staubkammer und einem weiteren Rohgaskanal zum Abhitzekessel 20 geführt.

Aus dem Abhitzekessel 20 führen zwei Abgaskanäle zur Zyklonanlage 21. Von dort aus gelangt das Abgas über verbindende Eingangskanäle und Saugzugventilator zum 90 m hohen Schornstein 22.

Claims (4)

1. Verfahren für den keramischen Brand von Tonmaterialien, die in einem ersten Drehrohrofen (1) gebrannt werden, wobei ein Teil des Wärmebe­ darfs des ersten Drehrohrofens (1) durch Zuführung eines energiereichen Abgases, welches aus der Verbrennung von Abfallmaterial in einem zweiten Drehrohrofen (2) stammt, abgedeckt wird, wobei zugleich das energiereiche Abgas durch Überhitzung im ersten Drehrohrofen (1) einer Nachverbrennung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das energierei­ che Abgas mit einer Temperatur von 850 bis 950°C in den ersten Dreh­ rohrofen (1) eingeleitet wird, wo es auf über 1200°C erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das energierei­ che Abgas im ersten Drehrohrofen (1) mit einem Erdgasbrenner in einer Verweilzeit von < 2 Sekunden erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbren­ nung des Abfallmateriales mit Verbrennungsluft erfolgt, die durch Wärme­ austausch mit bereits verbranntem Abfallmaterial vorgewärmt worden ist.