DE19960882A1 - Reaktionskammer zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen und Verfahren zum Betrieb der Reaktionskammer - Google Patents

Abstract

Um die thermische Behandlung von brennwertreichen Abfallstoffen wie beispielsweise Autoreifen, Holzabfälle usw. durch Verbrennen und/oder Vergasen ohne vorhergehende Zerkleinerung durchführen zu können und um diese thermische Behandlung von einem nachfolgenden thermischen Prozess abzukoppeln, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die thermische Behandlung der Abfallstoffe (2) in einer Reaktionskammer (1) durchzuführen. Die Reaktionskammer (1) ist V-förmig ausgebildet und enthält V-förmig schräg nach unten geneigte Leitbleche (13, 14), auf die die Abfallstoffe zickzackförmig nach unten durch die Reaktionszone (9) geführt und dabei vergast bzw. verbrannt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reaktionskammer zur thermischen Be­ handlung von brennwertreichen Abfallstoffen wie beispielsweise Auto­ reifen, Holzabfälle, Hausabfälle durch Verbrennen und/oder Verga­ sen, mit einem Gehäuse, das eine Eintragsöffnung für die Abfall­ stoffe, eine Austragsöffnung für feste Reststoffe sowie eine Gasein­ trittsöffnung und eine Gasaustrittsöffnung aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Reaktionskammer.

Eine bekannte Möglichkeit der Nutzung und Wertschöpfung vorhan­ dener Abfallstoffe besteht in ihrer thermischen Verwertung, wenn der Brennwert ausreichend hoch ist.

So ist es beispielsweise bekannt, zur Entsorgung bestimmte brenn­ wertreiche Abfallstoffe als Sekundärbrennstoff bei thermischen Pro­ zessen zu nutzen, bei denen die anfallenden Verbrennungsprodukte, das Reaktionsgas und die festen Verbrennungsrückstände (Asche), den thermischen Prozeß nicht stören und die keine zusätzliche kostenaufwendige Abgasreinigung erforderlich machen.

So werden beispielsweise Altreifen als Sekundärbrennstoffe in den Drehrohrofen einer Zementklinkerproduktionslinie eingeschleust, wo sie dann verbrennen und ihr Wärmeinhalt zur Klinkererzeugung ge­ nutzt wird. Die bei dieser Autoreifenverbrennung anfallenden Verbrennungsrückstände (Asche) lassen sich problemlos und ohne Nachteile in den erzeugten Klinker einbinden und eine zusätzliche Abgasreinigung ist nicht erforderlich. Nachteilig bei dieser Altreifen­ entsorgung ist lediglich der Aufwand der Einschleusung ganzer Alt­ reifen oder aber der einer vorhergehenden Zerkleinerung.

Für Abfallstoffe, die in einer Mischung wechselnder unterschiedlicher Stoffe vorliegen, ergibt sich die Schwierigkeit, dass dann auch wech­ selnde Reaktionsprodukte anfallen, die eine Beherrschung des ei­ gentlichen thermischen Prozesses in Frage stellen.

Zur Abhilfe dieser Schwierigkeit ist es bekannt, die Verbrennung bzw. Vergasung der Abfallstoffe außerhalb des eigentlichen thermischen Prozesses in einer separaten Vorrichtung, einer Brenn- oder Verga­ sungskammer, durchzuführen. Die Steuerung der Verbrennung und/oder der Vergasung kann dann unbeeinflußt vom eigentlichen thermischen Prozess durchgeführt werden und auch eine Gasreini­ gung ist einfacher, da dann nicht das gesamte Prozessgas, sondern nur das aus den Abfallstoffen gewonnene Gas gereinigt werden muss.

So ist aus der DE-42 00 341 C1 ein Verfahren zur Vergasung mit teilweiser Verbrennung von Abfallstoffen in einer Zyklonkammer in der Schwebe bei Temperaturen oberhalb von 1200°C und bei einem erhöhten Druck bekannt, wobei die entstehende Asche in schmelz­ flüssiger Form aus der Zyklonkammer abgezogen wird. Erforderlich bei diesem bekannten Verfahren ist eine vorhergehende Zerkleine­ rung der Abfallstoffe auf kleiner 2 mm, was für viele Abfallstoffe, ins­ besondere für feuchte Abfallstoffe mit Schwierigkeiten verbunden ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Reaktionskammer zur kontinuierli­ chen thermischen Behandlung von brennwertreichen Abfallstoffen durch Verbrennung oder Vergasung so auszubilden und so zu betrei­ ben, dass auch ohne aufwendige Zerkleinerungsmaßnahmen unter­ schiedliche Abfallstoffe eingebracht werden können und die Reaktionskammer ohne größere Umrüstung sowohl für die Vergasung als auch für die Verbrennung der Abfallstoffe universell einsetzbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 er­ findungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei gegenüberliegende Kam­ merwände des Kammergehäuses zwischen sich eine vom Reaktions­ gas (einer Mischung aus dem Eintrittsgas und dem neu gebildeten Verbrennungs- bzw. Vergasungsgas) durchströmte Reaktionszone ausbilden, die schräg nach unten in Richtung zur Austragsöffnung für feste Reststoffe (Verbrennungs- bzw. Vergasungsrückstände) ge­ neigte kaskadenartig bzw. jalousieartig V-förmig angeordnete Leitble­ che aufweist, wobei die Kammerwände und damit die dazwischen lie­ gende Reaktionszone mit einem von der Vertikalen abweichenden Winkel schrägliegend angeordnet sind mit einer gaseintrittsseitig an­ geordnet eingezogenen Reaktionszonenbegrenzungswand, die mit Gasdurchtrittöffnungen versehen ist, und mit im oberen Teil der Re­ aktionskammer angeordneten Öffnungen für die Abfallstoffe, für den Gaseintritt und für das durch die thermische Behandlung erzeugte Reaktionsgas.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der schräg angeordneten Reaktionskammer mit kaskadenartig bzw. jalousieartig angeordneten geneigten Leitblechen fallen die von oben durch die Aufgabeöffnung eingefüllten brennwertreichen Abfallstoffe durch Schwerkraft nicht unmittelbar zur unten in der Reaktionskammer angeordneten Aus­ tragsöffnung, sondern rutschen in zickzackförmiger Bahn über die Leitbleche langsam nach unten. Auf diesem Weg durch die Reakti­ onskammer mit u. a. durch die Neigung der Leitbleche bedingter Verweilzeit findet dann je nach der eingestellten Luftzahl eine Verbrennung und/oder Vergasung der Abfallstoffe statt.

Wegen der in der Reaktionskammer herrschenden hohen Temperatu­ ren ist das Gehäuse der Reaktionskammer mit einer feuerfesten Ausmauerung versehen und als Leitbleche werden Rostplatten ver­ wendet, die genau wie die Reaktionszonenbegrenzungswand zur besseren Reaktionsführung (verbesserte Zuführung der Verbren­ nungs- bzw. Vergasungsgase) mit Gasdurchtrittsöffnungen ausgebil­ det sind.

Als Rostplatten können bekannte handelsübliche Rostplatten einge­ setzt werden, es ist aber nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, die mit dem Handelsnamen "Omegaplatten" bezeichnete Rostplatten zu verwenden. Hierbei handelt es sich um Rostplatten mit zur Rostoberfläche hin taschenförmig erweiterten Gasdurchtrittsöffnungen, durch die die Feststoffe auf der Rostober­ fläche großflächig durchströmt werden. Gleichzeitig können sich in den taschenförmigen Erweiterungen Feststoffe ablagern und so für einen autogenen Verschleißschutz der Rostplatten sorgen.

Auf ihrem Weg nach unten werden die Abfallstoffe durch Gase um­ strömt, die schräg von oben in die Reaktionskammer eingeführt und durch die V-förmig angeordneten Leitbleche umgelenkt die Reakti­ onskammer schräg nach oben wieder verlassen.

Bei einer thermischen Behandlung der Abfallstoffe durch Verbren­ nung kann dieses Gas kalte oder vorgewärmte Luft sein. In diesem Fall verläuft bei entsprechend hohem Brennwertgehalt der Abfall­ stoffe die Reaktion, die Verbrennung, autark ab.

Bei der teilweisen Vergasung mit teilweiser Verbrennung der Abfall­ stoffe kann bei entsprechend hohem Brennwertgehalt in gleicher Weise die Reaktion ohne Fremdenergiezufuhr von außen ablaufen.

Bei einer vollständigen Vergasung der Abfallstoffe muss dagegen Energie in Form von Wärme von außen zugeführt werden. Diese Energie kann über einen in der Reaktionskammer angeordneten Brenner aufgebracht werden. Es können aber auch sauerstoffarme Heißgase eines außerhalb der Reaktionskammer ablaufenden ther­ mischen Prozesses, beispielsweise Heißgase aus dem Wärmetauscher einer Zementklinkerproduktionslinie, über eine ent­ sprechende Leitung in die Reaktionskammer geleitet werden. Je nach dem Entnahmeort der Heißgase läßt sich dabei auch der Sauerstoff­ gehalt der Heißgase (die Luftzahl) und damit der Vergasungsgrad in einfacher Weise steuern.

Zur weiteren Einstellung der Verbrennung bzw. Vergasung der Abfall­ stoffe an vorhandene Unterschiede in der Korngröße (Stückgröße), dem Brennwert und der stofflichen Zusammensetzung der Abfallstoffe ist es möglich, die Neigung der Leitbleche sowie die Anzahl und Di­ mensionierung der Gasdurchtrittöffnungen in den Leitblechen (Rostplatten) und in der Heizzonenbegrenzungswand entsprechend anzupassen.

Das in der Reaktionskammer durch Verbrennung oder Vergasung er­ zeugte Reaktionsgas verläßt aus einer oberen Austrittsöffnung die Reaktionskammer und wird zur thermischen Nutzung, eventuell nach einer vorhergehenden Gasreinigung, einem außerhalb der Reaktions­ kammer stattfindenden anderen thermischen Prozeß, beispielsweise dem Zementklinkerbrennprozeß, zugeführt. Zu diesem Zweck ist die Reaktionsgas-Austrittsöffnung über eine entsprechende Leitung, eventuell mit zwischengeschalteter Gasreinigungsanlage, mit der thermischen Vorrichtung dieses Prozesses, beispielsweise mit dem Drehrohrofen und/oder mit der Vorcalcinationsstufe der Zementklin­ kerproduktionslinie, verbunden.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an einem in einer schematischen Zeichnungsfigur dar­ gestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die in der schematischen Zeichnungsfigur dargestellte aufrecht ste­ hende Reaktionskammer 1 ist mit V-förmig angeordneten, auf Fun­ damenten 20 ruhenden, äußeren Kammerwänden 10, 12 ausgebildet mit einem nach oben sich vergrößernden Querschnitt, der nach unten hin stetig abnimmt.

Innerhalb der Reaktionskammer 1 ist an der Gaseintrittsseite, in der Zeichnungsfigur rechts, mit Abstand von der Kammerwand 10 eine weitere Wand eingezogen, die Reaktionszonenbegrenzungswand 11, die zusammen mit der Kammerwand 12 in diesem Ausführungsbei­ spiel die eigentliche Reaktionszone 9 ausbildet.

Die Reaktionszonenbegrenzungswand 11 bildet gemeinsam mit der Kammerwand 10 einen Eintragskanal 19, der bis in den unteren Be­ reich der Reaktionskammer 1 führt und in den das Eintrittsgas 16 über eine oben in der Reaktionskammer 1 angeordnete Gaseintritts­ öffnung 6 einströmt. Die Reaktionszonenbegrenzungswand 11 ist mit Gasdurchtrittöffnungen versehen, durch die dann das Eintrittsgas 16 aus dem Eintragskanal 19 seitlich in die Reaktionszone 9 einströmt. Durch die unmittelbar an der Reaktionszonenbegrenzungswand 11 schräg nach unten geneigt angeordneten Leitbleche bzw. Rostplatten 13 wird das Eintrittsgas 16 zunächst ebenfalls schräg nach unten geführt. Auf diesem Weg trifft es dann auf die V-förmig entgegenge­ setzt abwärts geneigten Leitbleche 14, durch die das nun als Reakti­ onsgas 15 vorliegende Gas schräg nach oben zur Gasaustrittsöff­ nung 7 umgeleitet wird. Der auf diese Weise sich einstellende Gas­ weg ist durch Pfeile 8 dargestellt.

In diese mit V-förmig angeordneten Leitblechen 13, 14 ausgebildete und von Gas 16, 15 durchströmte Reaktionskammer 1 werden über eine obere Eintragsöffnung 3 die zu verbrennenden bzw. zu verga­ senden Abfallstoffe 2 über eine (in der Zeichnungsfigur nicht darge­ stellte) Schleuse aufgegeben. Die Abfallstoffe fallen nach ihrem Ein­ tritt in die Reaktionskammer 1, umspült vom Eintrittsgas 16 und vom bereits gebildeten Reaktionsgas 15, auf einem zickzackförmigen Weg über die Leitbleche 13, 14 durch Schwerkraft langsam zum unteren Ende der Reaktionskammer 1, wobei sie verbrannt bzw. vergast wer­ den. Mögliche Wege, die die Abfallstoffe 2 auf ihrem Weg nach unten zurücklegen, sind durch Pfeile 17, 18 dargestellt.

Um die Verbrennung bzw. die Vergasung zu optimieren, sind in den Leitblechen 13, 14 Gasdurchtrittsöffnungen (nicht eingezeichnet) an­ geordnet, durch die die Abfallstoffe 2 während der kurzen Zeitspanne, in der sie auf den Leitblechen 13, 14 bzw. auf den Rostoberflächen 21 liegen bleiben, auch von unten mit Gas umspült werden.

Bei richtiger Einstellung bzw. Anpassung der Reaktionskammer 1 an die Eigenschaften der aufgegebenen Abfallstoffe 2 sind diese am Ende ihres Weges 17, 18 durch die Reaktionszone 9 vollständig durchreagiert, so dass die verbleibenden festen Reststoffe 5 nun aus der Reaktionskammer 1 ausgetragen werden können. Dies geschieht durch eine am unteren Ende der Reaktionskammer 1 angeordnete Austragsöffnung 4 über eine (in der Zeichnungsfigur nicht darge­ stellte) Schleuse.

Die bei der Verbrennung anfallenden festen Reststoffe 5 (Asche) können bei geeigneter stofflichen Zusammensetzung in gleicher Weise wie das Reaktionsgas 15 dem weiteren thermischen Prozess, beispielsweise dem Zementklinkerbrennprozess, zugeführt oder aber auch sonstiger Verwendung zugeführt werden. Im Falle der Verga­ sung enthalten die festen Reststoffe 5 meistens noch unverbrannten Kohlenstoff, so dass hier ein Einsatz solcher Reststoffe 5 auch in ei­ ner Verbrennungsanlage möglich ist.

Die in der Zeichnungsfigur dargestellte Reaktionskammer ist nur eine von möglichen Ausführungsvarianten, die entsprechend den Eigen­ schaften der zu behandelnden Abfallstoffe und der Art der durchzu­ führenden thermischen Behandlung entsprechend auszuwählen sind.

Claims (11)

1. Reaktionskammer (1) zur thermischen Behandlung von brenn­ wertreichen Abfallstoffen (2) wie beispielsweise Autoreifen, Holzab­ fälle, Hausabfälle durch Verbrennen und/oder Vergasen, mit einem Gehäuse, das eine Eintragsöffnung (3) für die Abfallstoffe, eine Aus­ tragsöffnung (4) für feste Reststoffe (5) sowie eine Gaseintrittsöff­ nung (6) und eine Gasaustrittsöffnung (7) aufweist, gekennzeichnet durch zwei sich gegenüberliegende V-förmig angeordnete Kammerwände (10, 12) des Kammergehäuses, die zwischen sich eine vom Reakti­ onsgas (15) (einer Mischung aus dem Eintrittsgas (16) und dem neu gebildeten Verbrennungs- bzw. Vergasungsgas) durchströmte Reak­ tionszone (9) ausbilden, die schräg nach unten in Richtung zur Aus­ tragsöffnung (4) für feste Reststoffe (5) (Verbrennungs- bzw. Verga­ sungsrückstände) geneigte kaskadenartig bzw. jalousieartig V-förmig angeordnete Leitbleche (13, 14) aufweist, wobei die Kammerwände (10, 12) und damit die dazwischen liegende Reaktionszone (9) bzw. die Verbindungslinie von oberer Eintragsöffnung (3) und unterer Aus­ tragsöffnung (4) mit einem von der Vertikalen abweichenden Winkel schrägliegend angeordnet sind, mit einer gaseintrittsseitig in die Re­ aktionskammer (1) eingezogen angeordneten Reaktionszonenbe­ grenzungswand (11) mit Gasdurchtrittsöffnungen, und mit im oberen Teil der Reaktionskammer (1) angeordneten Öffnungen (3) für die Abfallstoffe, für den Gaseintritt (6) und für das durch die thermische Behandlung erzeugte Reaktionsgas (15).

2. Reaktionskammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (13, 14) als Rostplatten mit Gasdurchtrittsöffnungen ausgebildet sind.

3. Reaktionskammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (13, 14) als mit Ome­ gaplatten bezeichnete Rostplatten ausgebildet sind mit zur Rostober­ fläche hin taschenförmig erweiterten Gasdurchtrittsöffnungen, durch die das Gas senkrecht zur Rostoberfläche (21) austritt.

4. Reaktionskammer (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Reaktionskammer (1) mit einer feuerfesten Ausmauerung versehen ist.

5. Reaktionskammer (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gaseintrittsseite der Reakti­ onskammer (1) ein Brenner und/oder ein Stützbrenner angeordnet ist.

6. Reaktionskammer (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (7) für das er­ zeugte Reaktionsgas (15) über eine Leitung mit der Vorcalcinierstufe und/oder mit dem Drehrohrofen einer Zementklinkerproduktionslinie verbunden ist, wobei bei Bedarf zwischen der Reaktionskammer (1) und dem Anlagenteil der Zementklinkerproduktionslinie, in welchen das Reaktionsgas (15) eingeleitet werden soll, eine Gasreinigungs­ anlage angeordnet ist.

7. Reaktionskammer (1) nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseintrittsöffnung (6) über eine Leitung mit dem Zyklonschwebegas-Wärmetauschersystem (Abgas) und/oder mit dem Klinkerkühler (Tertiärluft) einer Zementklinkerpro­ duktionslinie verbunden ist.

8. Reaktionskammer (1) nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Vergasung bzw. der Verbrennung an vorhandene Unterschiede der Korngröße, dem Brennwert und der stofflichen Zusammensetzung der Abfallstoffe (2), die Neigung der Leitbleche (13, 14) sowie die Anzahl und Dimensio­ nierung der Gasdurchtrittsöffnungen in den Leitblechen (13, 14) und in der Reaktionszonenbegrenzungswand (11) entsprechend ange­ passt sind.

9. Verfahren zum Betrieb der Reaktionskammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur thermischen Behandlung von brennwertrei­ chen Abfallstoffen (2) durch Vergasen und/oder Verbrennen, dadurch gekennzeichnet, dass sauerstoffarme Heißgase eines ther­ mischen Prozesses, beispielsweise Heißgase aus dem Wärmetau­ scher einer Zementklinkerproduktionslinie, mit den zu vergasenden Abfallstoffen (2), die über die stufenförmig schräg angeordneten Leit­ bleche (13, 14) durch Schwerkraft nach unten zur Austragsöffnung (4) gefördert werden, in Kontakt gebracht und dabei die Abfallstoffe (2) vergasen, wonach das erzeugte Reaktionsgas (15) in den thermi­ schen Prozeß, beispielsweise in den Zementklinkerbrennprozeß, bei Bedarf nach vorhergehender Gasreinigung, zurückgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des sauerstoff­ armen Gases durch Regelung der Luftzahl so eingestellt wird, dass die Abfallstoffe (2) teilweise verbrennen und die restlichen Abfall­ stoffe (2) durch die dabei erzeugten heißen Verbrennungsgase ver­ gast werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Vergasung und/oder der Verbrennung je nach der Korngröße, dem Brennwert und der Stoffzusammensetzung der Abfallstoffe (2) die Neigung der Leitbleche (13, 14) sowie die Anzahl und Dimensionierung der Gas­ durchtrittsöffnungen in den Leitblechen (13, 14) und in der Reakti­ onszonenbegrenzungswand (11) entsprechend angepasst werden.