DE19758630C2

DE19758630C2 - Gasification and melting furnace, especially for refuse treatment

Info

Publication number: DE19758630C2
Application number: DE19758630A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Yamakawa; Tsuneo Matsudaira; Sunao Nakamura; Tomohiro Yoshida; Yasuo Suzuki
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2017-10-31

Abstract

A gasification and melting furnace has a free space whose centreline is displaced with respect a the centre line of a lower part of the furnace by an amount equal to at least 50 percent of the internal diameter of the furnace to enable the lower part of the furnace to be fed directly with refuse and additives, and to enable the height of a layer of residue from the refuse in the lower part of the furnace to be measured without the line of sight of the measuring device passing through the free space in the furnace.Also claimed is a method for operating a shaft-type gasification and melting furnace which has an upper fluidised bed and a lower liquid layer

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau eines Verga sungs- und Schmelzofens sowie ein Verfahren zum Betrieb des Ofens.The present invention relates to the structure of a Verga and melting furnace and a method for operating the Oven.

Zunächst wird der Ofenaufbau erläutert.The furnace structure is first explained.

Herkömmliche Vergasungs- und Schmelzöfen sowie Ascheschmelz öfen weisen einen Freiraum zur Unterdrückung der Teer- und Dioxinbildung in einem erzeugten Gas und zur Verhinderung einer Zerstreuung von Staub auf. Der Freiraum ist über der in dem Ofen gebildeten Rückstands- oder Brenngutschicht vor gesehen, wie in Fig. 3 gezeigt ist.Conventional gasification and melting furnaces as well as ash melting furnaces have a free space for suppressing the formation of tar and dioxin in a generated gas and for preventing dust from being dispersed. The free space is seen above the residue or firing material layer formed in the furnace, as shown in FIG. 3.

Der Freiraum weist jedoch einige Nachteile auf, da er einen großen Raum in dem oberen Bereich des Ofens einnimmt.However, the free space has some drawbacks because it is one occupies a large space in the upper part of the furnace.

Der erste Nachteil besteht darin, daß das Beschickungsgut, wie zum Beispiel Abfall, dem Ofen durch eine Zuführungsöff nung zugeführt werden muß, die entweder im schrägen oberen Bereich oder an der Spitze des Freiraums vorgesehen ist. Wenn ein Material zum Angleichen der Komponenten in der Schmelze (nachfolgend als "Komponentenangleichungsmittel" bezeichnet), Asche und Abfall durch die in dem oberen schrägen Bereich vorgesehene Zuführungsöffnung zugeführt werden, verteilen sich diese Materialien je nach ihrem unterschiedlichen spezifischen Gewicht' in unterschiedlicher Weise. Das heißt, sie verteilen sich ungleichmäßig. Aufgrund dieser ungleichmäßigen Verteilung werden die Materialien nicht ausreichend miteinander vermischt, wodurch die Anglei chung der Komponenten mißlingt. Die Viskosität der sich ergebenden Schmelze steigt daher an, so daß ein stabiler Austrag der Schmelze nicht erreicht wird.The first disadvantage is that the load, such as waste, the furnace through a feed opening voltage must be supplied, either in the sloping upper Area or at the top of the free space is provided. If a material to match the components in the Melt (hereinafter referred to as "component matching agent" designated), ashes and waste by those in the top slanted area provided feed opening these materials are distributed according to their different specific weight 'in different Wise. That means they are distributed unevenly. by virtue of this uneven distribution becomes the materials not sufficiently mixed together, causing the anglei Component fails. The viscosity of the resulting melt therefore rises, so that a more stable Discharge of the melt is not reached.

Wenn der Abfall, wie in der JP 1-184314 A beschrieben, von der an der Spitze des Freiraums vorgesehenen Zuführungsöff nung zugeführt wird, neigen die kleinkörnigen Materialien in dem zugeführten Abfall dazu, sich wie Staub zu zerstreuen. Folglich erhöht sich der Anteil an zu entsorgender Asche, wodurch die Abfallbehandlungskosten erheblich ansteigen.If the waste, as described in JP 1-184314 A, of the feed opening provided at the top of the free space supply is fed, the small-grain materials tend in the waste fed into it to scatter like dust. As a result, the amount of ash to be disposed of increases which significantly increases waste treatment costs.

Wenn der Ofen mit einem Hilfsbrennstoff, wie z. B. Koks beschickt wird, wie dies in der JP 4-188480 A offenbart ist, wird der Hilfsbrennstoff von einer erheblich höheren Position aus zugeführt. Es ist daher hochwahrscheinlich, daß der Hilfsbrennstoff in Stücke zerbricht, da er beim Auftref fen auf die Rückstands- oder Brenngutschicht starken Stößen ausgesetzt ist. Die so gebildeten Stücke füllen dann die Räume in der Rückstandsschicht für den Gasdurchsatz. Der Hilfsbrennstoff verliert damit seine ursprüngliche Funk tion.If the stove with an auxiliary fuel, such as. B. coke is charged as disclosed in JP 4-188480 A, the auxiliary fuel is of a significantly higher level Position fed from. It is therefore highly likely that the auxiliary fuel breaks into pieces as it hits strong impacts on the residue or firing material layer is exposed. The pieces thus formed then fill the Spaces in the residue layer for gas throughput. The Auxiliary fuel loses its original radio tion.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es sehr schwierig ist, die Höhe der Rückstandsschicht (nachfolgend mit "Schichthöhe" bezeichnet) zu messen, da die Entfernung von der Spitze des Freiraums bis zur Oberfläche der Rückstands schicht sehr groß ist. Another disadvantage is that it is very difficult is the height of the residue layer (hereinafter with "Layer height") because the distance from the tip of the free space to the surface of the residue layer is very large.

Im einzelnen erläutert bedeutet dies, daß es sehr schwierig ist, die Schichthöhe durch den Freiraum zu messen, da der Freiraum eine hohe Temperatur aufweist und einen großen Bereich genau über der Oberfläche der Rückstandsschicht einnimmt. Wenn die Schichthöhe mittels einer mit einem beschwerten Draht ausgerüsteten Meßvorrichtung bestimmt wird, die oftmals in Pulver enthaltenden Tanks eingesetzt wird, zerbricht der Draht sehr leicht aufgrund der Wärmeein wirkung. Wenn die Schichthöhe mittels einer mit einer elek tromagnetischen Welle oder dergleichen arbeitenden Meßvor richtung bestimmt wird, ist die Genauigkeit und die Stetig keit der Meßergebnisse aufgrund der großen Entfernung der Meßvorrichtung von der Oberfläche der Rückstandsschicht merklich herabgesetzt. Die Meßvorrichtung hält zudem ein Klinkerwachstum in dem Ofen fehlerhaft für die Rückstands schicht. Die Schichthöhe kann somit ebenfalls nicht stabil ohne Fehler gemessen werden.Explained in detail, this means that it is very difficult is to measure the layer height through the free space, since the Free space has a high temperature and a large one Area just above the surface of the residue layer occupies. If the layer height by means of a weighted wire equipped measuring device determined is often used in powder-containing tanks the wire breaks very easily due to the heat effect. If the layer height by means of an elec tromagnetic wave or the like working measuring direction is determined is the accuracy and the consistency speed of the measurement results due to the large distance of the Measuring device from the surface of the residue layer noticeably reduced. The measuring device also stops Clinker growth in the furnace faulty for the residue layer. The layer height can therefore also not be stable can be measured without errors.

Der erfindungsgemäße Ofenaufbau wurde unter Berücksichtigung der obengenannten Probleme erhalten. Aufgabe der vorliegen den Erfindung ist die Bereitstellung eines Aufbaus für einen Vergasung- und Schmelzofen, bei dem die Beschickung mit Ab fall und Zuschlägen sowie die Messung der in einem unteren Ofenbereich gebildeten Abfallrückstandsschicht durchgeführt werden kann, ohne den Freiraumbereich zu durchlaufen.The furnace structure according to the invention was taken into account get the above problems. Task of the present the invention is to provide a structure for one Gasification and melting furnace, in which the loading with Ab fall and surcharges as well as measuring the in a lower Oven area formed waste residue layer performed can be passed without going through the free space area.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Vergasungs- und Schmelzofenaufbau mit einem Freiraum, einer Öffnung zur Beschickung des Ofens mit Abfall und Zuschlägen sowie einer Meßvorrichtung zur Bestimmung der Höhe einer in einem unteren Ofenbereich gebildeten Abfall rückstandsschicht, wobei die Mittelachse des Freiraums gegenüber der Mittelachse des unteren Ofenbereichs um wenig stens 50% des Ofeninnendurchmessers verschoben und die Beschickungsöffnung und die Meßvorrichtung im Bereich der Mittelachse des unteren Ofenbereichs angeordnet ist, um den Ofen mit Abfall und Zuschlägen zu beschicken und die Höhe der in dem unteren Ofenbereich gebildeten Abfallrückstands schicht zu messen, ohne den Freiraum zu durchlaufen.This task is solved by a gasification and melting furnace construction with a free space, an opening for loading the furnace with waste and Surcharges and a measuring device for determining the Amount of waste formed in a lower furnace area residue layer, with the central axis of the free space by a little compared to the central axis of the lower furnace area at least 50% of the inside diameter of the furnace and the Feed opening and the measuring device in the area of Central axis of the lower furnace area is arranged around the Furnace to fill with waste and aggregates and the amount the waste residue formed in the lower part of the furnace measure layer without going through the free space.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und werden teilweise durch die Beschreibung nahegelegt, oder können bei der Ausführung der Erfindung erfahren werden. Die Ziele und Vortei le der Erfindung können durch die in den angefügten Ansprü chen im einzelnen angegebenen Maßnahmen und Kombinationen verwirklicht und erhalten werden.Additional features and advantages of the invention result from the description below and become partial suggested by the description, or may be in the execution of the invention are experienced. The goals and advantages le of the invention can by the in the appended claims Chen specified measures and combinations be realized and preserved.

Die beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird und die einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen die zur Zeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zur Erläuterung der Prinzipien der Erfin dung.The accompanying drawings, to which reference is made and which form part of the description, show those for Time preferred embodiments of the invention and serve along with the general description given above and the following detailed description of the preferred Embodiments to explain the principles of the invention dung.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 die Ansicht eines erfindungsgemäßen Ofenaufbaus; Figure 1 is a view of an oven structure according to the invention.

Fig. 2A bei Betrieb des erfindungsgemäßen Ofens erhaltene Daten; Fig. 2A during operation of the furnace data obtained according to the invention;

Fig. 2B bei Betrieb eines herkömmlichen Ofens erhaltene Daten; FIG. 2B during operation of a conventional furnace data obtained;

Fig. 3 die Ansicht eines herkömmlichen Ofenaufbaus; Fig. 3 is a view of a conventional furnace structure;

Der erfindungsgemäße Ofenaufbau wurde auf der Grundlage der folgenden Feststellungen erreicht. Bis heute wurde einer Qualitätsverbesserung des erzeugten Gases die Priorität gegenüber einem stabilen Ofenbetrieb eingeräumt. Zur Verbes serung der Gasqualität wurde vorzugsweise ein Freiraum über der Rückstandsschicht vorgesehen. Die Verbesserung der Gas qualität kann jedoch auch in einem stromabwärts angeordneten Gasbehandlungssystem erfolgen. Durch Experimente wurde zudem bestätigt, daß auch eine Verschiebung des Freiraumbereichs aus der Ofenmitte heraus keine Auswirkungen auf die Gasqua lität hat. Daher muß also dem stabilen Betrieb des Ofens die Priorität gegenüber der Qualitätsverbesserung des Gases ein geräumt werden. The furnace structure according to the invention was based on the following findings. To date, one has been Quality improvement of the gas produced is the priority granted stable furnace operation. For verb Gas quality was preferably a free space above the residue layer provided. Improving the gas However, quality can also be arranged in a downstream Gas treatment system take place. Through experiments, too confirms that also a shift in the free space area no impact on gas quality from the middle of the furnace lity. Therefore, the stable operation of the furnace must Priority over the quality improvement of the gas be cleared.

Die Achse des Freiraums wird im Hinblick auf die Beschic kungsart und die Schichthöhenmessung gegenüber der Mittel achse des unteren Ofenbereichs um wenigstens 50% des Ofen innendurchmessers verschoben, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Selbst wenn die Mittelachse des Freiraumbereichs um mehr als 50% verschoben wird, tritt kein merklicher Unter schied zwischen den Auswirkungen der Verschiebung ein.The axis of the free space is shifted with respect to the type of loading and the layer height measurement with respect to the central axis of the lower furnace region by at least 50% of the furnace inner diameter, as shown in FIG. 1. Even if the central axis of the free space area is shifted by more than 50%, there is no noticeable difference between the effects of the shift.

Wenn der Freiraumbereich aus der Mittelachse heraus verscho ben wird, kann der Abfall und weiteres Material im Bereich der Mittelachse des Ofens zugeführt und gleichmäßig in dem Ofen verteilt werden. Die Schmelze kann somit effizient mit dem Komponentenangleichungsmittel vermischt werden. Da der Schmelzpunkt der Schmelze ausreichend kontrolliert werden kann, ist es möglich, die Schmelze konstant auszutragen.When the free space moves out of the central axis waste and other material in the area fed to the central axis of the furnace and evenly in the Oven to be distributed. The melt can thus be used efficiently the component matching agent are mixed. Since the The melting point of the melt should be adequately controlled can, it is possible to discharge the melt constantly.

Da die Schichthöhe direkt gemessen werden kann, ohne den Freiraum zu durchlaufen, kann in der vorliegenden Erfindung eine mit einem beschwerten Draht ausgerüstete Meßvorrichtung verwendet werden, die in Kontakt mit der relativ kalten Rückstandsschicht steht. Da der Abstand zwischen der Meßvor richtung und der Oberfläche der Rückstandsschicht kurz ist und Hindernisse, wie z. B. Klinker, kaum zwischen der Meßvor richtung und der Rückstandsschicht wachsen, kann auch eine durch elektromagnetische Wellen oder dergleichen ferngesteu erte Meßvorrichtung verwendet werden. Es kann somit ein sta biler Meßbetrieb erreicht werden.Because the layer height can be measured directly without the Going through free space can in the present invention a measuring device equipped with a weighted wire used in contact with the relatively cold Residue layer stands. Since the distance between the measurement direction and the surface of the residue layer is short and obstacles such as B. clinker, hardly between the Meßvor direction and the residue layer can also grow remotely controlled by electromagnetic waves or the like erte measuring device can be used. It can therefore be a sta biler measuring operation can be achieved.

Wie oben beschrieben wurde, ist somit ein stabiler Betrieb gewährleistet.Thus, as described above, the operation is stable guaranteed.

Im folgenden wird der Aufbau und die Funktionsweise des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ofens im Vergleich mit dem Aufbau und der Funktionsweise eines herkömmlichen Ofens, wie in Fig. 3 dargestellt, ausführlich beschrieben. The structure and the mode of operation of the furnace according to the invention shown in FIG. 1 is described in detail below in comparison with the structure and the mode of operation of a conventional furnace, as shown in FIG. 3.

In dem herkömmlichen Ofen muß die Beschickung des Ofens mit Abfall und anderen Materialien durch eine im oberen schrägen Bereich vorgesehene Zuführungsöffnung erfolgen, da der Frei raum genau über der Rückstandsschicht vorgesehen ist. Einige Materialien fallen daher in eine Position nahe der Zufüh rungsöffnung, während andere Materialien in eine davon wei ter entfernt liegende Position fallen. Sie werden daher ungleichmäßig verteilt, was dazu führt, daß die Komponenten angleichungsmittel nicht ausreichend mit dem zu schmelzenden Rückstand und den Aschekomponenten vermischt werden können. Da die Komponenten, aus denen die Schmelze besteht, un gleichmäßig vermischt werden, variiert die Schmelze in bezug auf ihren Schmelzpunkt und ihre Viskosität. Es ist daher schwierig, die Schmelze konstant auszutragen.In the conventional furnace, the furnace must be fed with Waste and other materials through a sloping in the top Area provided feed opening, because the free space is provided just above the residue layer. Some Materials therefore fall into a position near the feeder opening, while other materials white in one of them ter distant position. Therefore you will distributed unevenly, which causes the components matching agent not sufficient with the one to be melted Residue and the ash components can be mixed. Since the components that make up the melt are un are mixed evenly, the melt varies with respect on their melting point and their viscosity. It is therefore difficult to discharge the melt constantly.

Fig. 2 zeigt Testergebnisse, die beim Betrieb eines her kömmlichen Ofens (A) und einem erfindungsgemäßen Ofen (B) erhalten wurden. Fig. 2 shows test results obtained when operating a conventional oven (A) and an oven according to the invention (B).

In dem herkömmlichen Ofen wird die Schmelze nicht in einer stabilen Menge (Abstichmenge) ausgetragen, obwohl der Abfall und der Hilfsbrennstoff jederzeit in konstanten Mengen zuge führt wurden. Dies liegt darin begründet, daß die Schmelze nicht aus gleichbleibenden Bestandteilen gebildet ist. Wenn die Bestandteile wechseln, verändert sich auch die Basizität der Schmelze, wodurch der Schmelzpunkt und die Viskosität der Schmelze verändert werden. Die Schmelze wird daher nicht konstant ausgetragen. Die Basizität dient im allgemeinen als ein Hinweis auf die Bestandteile der Schmelze und wird hier durch das Verhältnis von CaO/SiO₂ in Gewichtsprozent angege ben.In the conventional furnace, the melt is not discharged in a stable amount (tapping amount), although the waste and auxiliary fuel were supplied in constant amounts at all times. This is due to the fact that the melt is not formed from the same constituents. When the components change, the basicity of the melt also changes, which changes the melting point and the viscosity of the melt. The melt is therefore not constantly discharged. The basicity generally serves as an indication of the constituents of the melt and is given here by the ratio of CaO / SiO ₂ in percent by weight.

Wenn andererseits der erfindungsgemäße Ofen betrieben wird, der einen seitwärts um 50% verschobenen Freiraum aufweist und bei dem die Zuführungsöffnung direkt über der Oberfläche der Rückstandsschicht liegt, werden der Abfall und die Zu schläge gleichmäßig in bezug auf die Ofenmittelachse zuge führt und verteilt, wodurch der Zustand des Gemisch aus Rückstand, Asche und Angleichungsmittel verbessert wird. Die Schmelze wird folglich mit der theoretischen Zusammensetzung hergestellt und konstant ausgetragen.On the other hand, if the furnace according to the invention is operated, which has a free space shifted sideways by 50% and where the feed opening is just above the surface the residue layer, the waste and the strokes evenly with respect to the central axis of the furnace leads and distributes, causing the condition of the mixture Residue, ashes and leveling agents are improved. The Melting consequently with the theoretical composition manufactured and carried out constantly.

Dioxin und Teer waren nur selten in dem erzeugten Gas ent halten. Mit Hilfe der Testdaten wurde bestätigt, daß der erfindungsgemäße Freiraum die gleichen Wirkungen zeigt, wie sie im herkömmlichen Fall erhalten wurden.Dioxin and tar were rarely found in the gas produced hold. With the help of the test data it was confirmed that the inventive space shows the same effects as they were obtained in the conventional case.

Da die Oberflächentemperatur der Rückstandsschicht 700°C betrug, war es möglich, die Schichthöhe mittels einer mit einem beschwerten Draht ausgerüsteten Meßvorrichtung zu messen, ohne den Draht zu zerbrechen oder zu verlängern. Bei Messung der Schichthöhe mittels einer mit einer elektromag netischen Welle wie z. B. Mikrowellen arbeitenden Meßvorrich tung wurde eine gleichbleibende Messung erreicht, da der Abstand zwischen der Meßvorrichtung und der Rückstands schicht klein war und kaum Hindernisse zwischen der Meßvor richtung und der Rückstandsschicht wuchsen.Since the surface temperature of the residue layer is 700 ° C it was possible to measure the layer height using a equipped with a weighted measuring device measure without breaking or extending the wire. at Measurement of the layer height using an electromag netic wave such. B. microwave working measuring device a constant measurement was achieved because the Distance between the measuring device and the residue layer was small and there were hardly any obstacles between the measurement direction and the residue layer grew.

Somit kann ein stabiler Ofenbetrieb unter Erzielen eines konstanten Schmelzaustrags und einer genauen Schichthöhen kontrolle erreicht werden.Thus, stable furnace operation can be achieved while achieving a constant melt discharge and precise layer heights control can be achieved.

Wie oben beschrieben wurde, weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, daß die Schmelze konstant mit dem Komponen tenausgleichsmittel vermischt wird und daß die Schichthöhe ohne Meßfehler gemessen werden kann.As described above, the present invention the advantage that the melt is constant with the component is equalized and that the layer height can be measured without measurement errors.

Claims

1. gasification and melting furnace construction with a free space, an opening for loading the furnace with waste and Surcharges and a measuring device for determining the Amount of waste formed in a lower furnace area residue layer, with the central axis of the free space by a little compared to the central axis of the lower furnace area at least 50% of the inside diameter of the furnace and the Feed opening and the measuring device in the area of Central axis of the lower furnace area is arranged around the Furnace to fill with waste and aggregates and the amount the waste residue formed in the lower part of the furnace measure layer without going through the free space.