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Vorrichtung zum Beseitigen von Abfall durch Umsetzen desselben
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in Produktgas und einen inerten festen Bestandteil (Zusatz zu Patent
22 33 498) Die Erfindung befaßt sich mit der Beseitigung von festem Abfall und betrifft
insbesondere einen schachtofenartigen Konverter, mittels dessen feste Abfallstoffe
entsprechend dem Verfahren nach dem Hauptpatent in nutzbare gasförmige Produkte
und einen inerten festen Rückstand umgewandelt werden können.
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Abfallbeseitigungsanlagen haben in den letzten Jahren große Beachtung
erfahren. Dabei wurden Versuche unternommen, Abfallstoffe verschiedenster Zusammensetzung
zu nutzbaren oder mindestens leicht beseitigbaren Rückstandsstoffen zu verarbeiten.
Ein Verfahren zum Umwandeln von brennbaren Stoffen in ein nutzbares Gas sowie von
nicht brennbaren Stoffen in geschmolzenes Metall und in Schlacke in einem aufrechtstehenden
Schachtofen, dem oben fester Abfall und unten Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte
Luft zugeführt werden, ist Gegenstand des Hauptpatents.
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Herkömmliche Schachtöfen eignen sich zur Durchführung eines Abfallumwandlungsprozesses
der in dem Hauptpatent beschriebenen Art nicht. Während des normalen Betriebes des
Abfallumwandlungsprozesses
werden in Längsrichtung des Ofens drei
A:'beitszonen ausgebildet, die sich jeweils hinsichtlich der Arbeitstemperatur,
des Massendurchsatzes und der Zusammensetzung der durchlaufenden Stoffe in ausgeprägter
Weise voneinander unterscheiden. Beispielsweise liegt in der am unteren Ende des
Ofens befindlichen Verbrennungs- und Schmelzzone, die vorliegend kurz als Feuer
raum bezeichnet wird, die erforderliche Temperatur über dem Schmelzpunkt von Glas
und metallischen Stoffen, d. h. im allgemeinen in der Grö-Anordnung von 16500C.
Dementsprechend sind eine hohe Wärmeübergangsgeschwindigkeit und eine kleine Querschnittsfläche
im Feuerraum erforderlich. Was andererseits die im oberen Teil des Ofens befindliche
Trockenzone anbelangt, so sollte das Produktgas den Ofer mit einer möglichst niedrigen
Temperatur verlassen, vorzugsweise mit einer Temperatur in der Größenordnung von
930C. Eine derart niedrige Temperatur stellt sicher, daß nur eine sehr kleine Energiemenge
an die Umgebung in Form von fühlbarer Wärme verlorengeht.
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Außerdem muß die Geschwindigkeit des den Ofen verlassenden Produktgases
hinreichend niedrig sein, um ein übermäßiges Mitreißen von Flugasche in dem Gas
zu verhindern. Infolgedessen ist am oberen Ende des Ofens eine Querschnittsfläche
erforderlich, die groß bezüglich der am unteren Ende des Ofens vorzusehenden Querschnittsfläche
ist. Ein Ofen mit von oben nach unten abnehmender Querschnittsfläche ist jedoch
ungünstig, weil der nach unten rutschende Abfall in einem sich nach unten zusammenziehenden,
sich konisch verjüngenden Abschnitt zur Brückenbildung bzw. zum Hängenbleiben neigt.
Dieses Problem kann in extremen Fällen zu einer vollständigen Unterbrechung des
Ofenbetriebs führen. AuBordem sind herkömmliche Schacht
öfen so
ausgelegt, daß sich die Betriebsleistung des Ofens mit der Massenstromdichte des
Abfalls ändert. Das heiBt, die Prozeßleistung ist bei verhältnismäßig geringen Beschickungsmengen
wesentlich kleiner als bei der vorgesehenen oder Nennkapazität.
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Infolgedessen ist es mit herkömmlichen Öfen nicht möglich, für einen
stabilen und leistungsfähigen Langzeitbetrieb insbesondere innerhalb des weiten
Bereichs an Arbeitsbedingungen zu sorgen, der normalerweise bei der Umwandlung von
festen Abfallstoffen in nutzbare gasförmige Verbrennungsprodukte angetroffen wird.
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Außerdem wird an einen Hochtemperatur-Abfallkonverter die Anforderung
gestellt, daß schmelzflüssiges Metall und Schlacke aus dem Feuerraum kontinuierlich
abgestochen werden können, wenn mit einem Überdruck gearbeitet wird. Dabei soll
vorzugsweise mit einem nicht eingetauchten Stichloch gearbeitet werden. Um einen
ständigen Abfluß an geschmolzenem Rückstand aus dem Stichloch aufrechtzuerhalten,
muß das Stichloch hinreichend heiß gehalten werden1 so daß der Rückstand (in der
Hauptsache aus Metall und/oder Schlakke bestehend) im Feuerraum geschmolzen bleibt
und der schmelzflüssige Strom vom Feuerraum in ein Auffanggefäß gelangen kann, ohne
vorzeitig zu erstarren. Normalerweise werden Stichlöcher dadurch offengehalten,
daß die mittels eines mit Vorvermischung arbeitenden Sauerstoff-Brennstoff-3renners
erzeugten Flammen auf das Stichloch gerichtet werden. Wenn jedoch der Abfallkonverter
unter Überdruck arbeitet, sind das Stichloch und das anschließende Gefäß, in das
der schmelzfiüssige Rückstand austritt, vorzugsweise abgeschlossen, um zu verhindern,
daß das Stichloch mit der umgebenden
Atmosphäre in Verbindung
kommt, so daß das Stichloch in dem bevorzugten nicht eingetauchten Betriebszustand
arbeiten kann.
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Infolgedessen arbeitet der Brenner in einer sauerstoffarmen Atmosphäre
(im allgemeinen weniger aLs 5 , Sauerstoff), was zusammen mit dem Erfordernis, dem
Vormischbrenner ein Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch zuzuführen, das weniger Sauerstoff
enthält, als dies dem stöchiometrischen Verhältnis entsp;icht, die von der Brennerflamme
zur Verfügung gestellte Wärmemenge infolge der verhältnismäßig großen Mengen an
darin enthaltenem unverbranntem Brennstoff weitgehend beschränkt.
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Das kontinuierliche Abstechen von schmelzflüssigem Metall und von
Schlacke führt zu weiteren Problemen im Hinblick auf das Stichloch. Für ein befriedigendes
kontinuierliches Abstechen erwies es sich als nützlich, eine feuerfeste Gießschnauze
vorzusehen, die von der Unterkante des Stichlochs aus nach außen bis geringfügig
über den Ofenmantel vorsteht, so daß die Schmelze nicht auf dem Mantel erstarrt,
sondern unmittelbar in einen Abschrecktank oder eine Form gelangt. Ein herkömmliches
feuerfestes Stichloch führt zu einer Erosion der Gießschnauze, was die Ausbildung
einer am Brennermantel anhaftenden unregelmäßigen erstarrten Schicht aus geschmolzener
Schlacke zur Folge hat. Das Stichloch und der Brennerraum des Ofens müssen infolgedessen
in spezieller Weise ausgebildet sein, so daß der schmelzflüssige Rückstand in im
wesentlichen kontinuierlicher und wirksamer Weise in ein in der Nähe angeordnetes
Abschreckmedium oder in eine zweckentsprechende Form eingeleitet werden kann.
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Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Schachtofen
zu schaffen, der sich besonders als Hochtemperatur-Sauerstoff-Abfallkonverter eignet.
Es soll ferner ein Abfallkonverter geschaffen werden, der mit Überdruck arbeiten
kann und der an seinem oberen Abschnitt ein Gas mit verhältnismäßig niedriger Temperatur
sowie an seinem unteren Abschnitt einen schmelzflüssigen Rückstand kontinuierlich
abgeben kann.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent bestimmte
Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen aufrechtstehenden Metallschacht,
der in seinem oberen Abschnitt eine Trockenzone, in seinem unteren Abschnitt einen
Feuerraum sowie eine zwischen der Trockenzone und dem Feuerraum liegende thermische
Zerlegungszone bildet und der in seinem unteren Teil derart pyramidenstumpfförmig
ausgebildet ist, daß die Querschnittsfläche des Schachts von einem Höchstwert im
Bereich der thermischen Zerlegungszone auf zunehmend kleinere Werte im Bereich des
Feuerraumes abnimmt; durch eine Einrichtung zum Einspeisen eines sauerstoffhaltigen
Gases in den Feuerraum; durch eine dampfdichte Einrichtung zum Bs schicken des oberen
Abschnitts des Schachtes mit Abfall zwecks
Ausbildung eines Abfallbettes,
wobei die Querschnittsfläche des Schachtes in der Höhe der Oberseite des Abfall
bettes mindestens gleich dem sich aus der Formel B = R (0,0174 + 0,002355 100P ergebenden
Wert ist, wobei 2 B x Querschnittsflåche in m2, P = % Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen
Gas und R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag; durch eine mit dem oberen Abschnitt
des Schachtes in Verbindung stehende Leitungsanordnung zum Abführen der gebildeten
gasförmigen Produkte; durch ein mit dem Feuerraum in Verbindung stehendes Stichloch,
über das geschmolzener Ruckstand aus dem Feuerraum abführbar ist und dessen Querschnittsfläche
einen Wert hat, der größer als der durch die Formel C = 0,025 RX definierte Wert
ist, wobei 2 C Querschnittsfläche des Stichlochs in cm2, R - Abfallbeschickungsmenge
in t/Tag und X - Anteil an Metall, Glas, Asche und ähnlichen hochschmelzenden Stoffen
im Abfall in % wobei das Stichloch mit einer von seiner Unterkante nach außen vorstehenden
Gießschnauz. zur Führung des durch das Stichloch austretenden schmelzflüssigen Rückstandes
versehen ist; durch eine Auffangeinrichtung, die den austretenden schmelzflüssigen
Rückstand aufnimmt und erstarren läßt, sowie durch eine Anordnung zum
Abführen
des erstarrten Riicksto.ndes aus der Auffangeinrichtung Entsprechend einer bevorzugten
Ausführungsform der- Erfindung weist der Abfallkonverter Mittel auf, ae e es et
ber. den Scnchtofen unter einem Überdruck mit Bezug auf den Druck der umgebenden
At-Atmosphäre arbeiten zu lassen, wobei das Stichloch in nicht eingetauchtem Zustand
gehalten wird, das heißt in einem Zustand, in dem nur ein Teil der Querschnittsflache
der Stichlochöffnung unterhalb der Oberfläche des im Feuerraum befindlichen schmeizflüssigen
Rückstandes liegt.
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Bei dieser Ausführungsform ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
eine Abstichkammer zur Aufrechterhaltung eines vom Stichloch ausgehenden kontinuierlichen
Stromes aus schmelzfiüssigem Rückstand vorgesehen. Diese Abstichkammer weist ein
die Öffnung des Stichlochs umgebendes dampfdichtes Gehause, das eine Verbindung
des Stichlochs mit der umgebenden Atmosphäre verhindert, eine Einrichtung zum Kühlen
der Gießschnuuze, die dafür sorgt, daß der anfänglich aus dem Stich3och austretende
schmelzflüssige Rückstand eine erstarrte Schutzschicht entlang der benetzten Oberfläche
der Gießschnauze bildet1 eine Vormiscflbrennereinrichtung, die ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch
zum Erhitzen des Stichlochs verbrennt und innerhalb des Gehauses derart angeordnet
ist, daß die Brennerflamme auf die Stichlochöffnung gerichtet ist, sowie eine Gasauslaß-Hilfseinrichtung
auf, die ein sauerstoffhaltiges Gas liefert und in der Nähe des Brenners derart
angeordnet ist, daß sich mindestens ein Teil des abgegebenen sauerstoffhaltigen
Gases
mit der Brennerflumme mischt.
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Unter dem Ausdruck "Vormischbrenner« soll vorliegend ein beliebiger
herkommlicher Brenner verstanden werden, tei dem azs Bfen.,-gas mit dem oxydierenden
Gas innerhalb des By-enrers vor dem Zunden vorgemischt wird. Dies steht im Gegensatz
zu Nachmiscnbrennern, bei denen der Brennstoff und das oxydiarende Gas außerhalb
des Brenners an der Zündstelle gemischt werden.
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Der vorliegend verwendete Ausdruck Rückstand bezieht sich auf Metall,
Schlacke oder Metoll-Schlacke-Gemische. Die Schlacke geht auf die anorganischen
Bestandteile des Abfalls zurück, die nicht auf normale Weise verbrennt werden können;
sie wird vorwiegend aus Stoffen wie Glas und zementartigen Stoffen gebildet.
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Der Ausdruck "pyramidenfórmig" wird vorliegend in seinem allgemeinen
geometrischen Sinne verwendet. Es wird dar-unter ein dreidimensionaler Körper verstanden,
der als Grundfiåche ein Polygon und als Seitenflächen mehrere Dreiecke aufweist,
die die Seiten der Grundfläche der Pyramide bilden. Obwohl die häufigst unzutreffende
Form der Pyramide eine rechteckige Grundfläche aufweist, kann die Pyramide im Grenzfall
als Grundfläche auch ein unendlichseitiges Polygon, das heißt einen Kreis, aufweisen,
so daß ein Kegel erhalten wird. Ein Kegel wird daher vorliegend als Sonderfall einer
Pyramide verstanden.
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Der Ausdruck 1,t/Tag" bezieht sich auf einen Arbeitstag mit
24
Stunden.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausfuhrungsbeispiels
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen naher erläutert. Es zeigt; Figur
1 teilweise im Schnitt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsfor
eines Abfllkonverters nach der Erfindung und Figur 2 eine perspektivische schematische
Darstellung der gegenseitigen Anordnung des Stichlochs und der zugehörigen Absticheinrichtung
innerhalb der Abstichkammer.
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Figur 1 zeigt einen Schochtofen 1 mit einer im oberen Teil 50 des
Schachtes befindlichen Trockenzone 2, einer im unteren Abschnitt des Schachtes angeordneten
Verbrennungs- und Schmelzzone, die vorliegend kurz als Feuerraum 4 bezeichnet wird,
und einer zwischen der Trockenzone 2 und dem Feuerraum 4 befindlichen thermischen
Zerlegungszone 3. Es versteht sich, daß die obengenannten Arbeitszonen im Schachtofen
nicht als deutlich voneinonder getrennte Zonen vorliegen, sondern einander in begrenztem
Umfang überlappen.
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So erfolgt beispielsweise das Trocknen des eintretenden Abfalls fast
vollständig innerhalb der Trockenzone 2, doch werden einige Abfallteilchen in der
Trockenzone 2 nur teilweise getrocknet, so daß für diese Teilchen die Trocknung
erst in der thermis;hen Zerlegungszone
3 abgeschlossen werden
wird. Umgekehrt erfolgt die Pyrolyse des Abfalls fast vollkommen innerhalb der thermischen
Zerlegungszone 3. Einige Abfallteilchen werden jedoch bereits beim Durchlaufen der
Trockenzone 2 thermisch zerlegt werden. Der Ofen 1 hat vom oberen Teil 50 bis zur
thermischen Zerlegungszone 3 zylindrische Form, während der den Feuerraum 4 bildende
untere Teil 25 kegelstumpfförmige Gestalt hat und sich zum unteren Schachtende hin
nach innen verjüngt. Der Schacht ofen 1 besteht vorzugsweise aus einem mit einer
feuerfesten Auskleidung versehenen metallischen Mantel 20, wobei insbesondere der
Feuerraum 4 mit einer hochwertigen feuerfesten Auskleidung 9 versehen ist, um Wärmeverluste
zu vermeiden, der hohen Temperatur im Feuerraum zu widerstehen und dort für eine
gleichförmige Temperatur zu sorgen. Der Feuerraum 4 wird im allgemeinen auf einer
Temperatur im Bereich von ungefähr 16500C gehalten. Um eine lange Lebensdauer der
feuerfesten Auskleidung zu gewährleisten, ist der den unteren Teil des Feuerraums
4 umgebende Mantel 20 gekühlt. Damit wird der Abrieb der feuerfesten Auskleidung
9 auf Grund der hohen Temperatur und der stark korrodierenden Bedingungen im Feuerraum
4 kleinstmöglich gehalten. Metallische Rohrringe 21, 22 und 23, die eine dem Umriß
des Mantels 20 im Bereich des Feuerraums 4 entsprechende Form haben und am Feuerraummantel
abgestützt sind, sorgen für einen Sprühregen aus Kühlflüssigkeit. Ein flussiges
Kühlmittel, beispielsweise Wasser, wird den Rohrringen 21, 22 und 23 unter Druck
zugeführt. Die Rohrringe weisen in geeigneter Weise bemessene Bohrungen auf, so
daß Kühlflüssigkeit in sprühregenartiger Verteilung auf den
Mantel
20 auftrifft.
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Wenn der MvrS t 20 ausreichend gekühlt wird, wird entlang der inneren
C^-rflache der feuerfesten Auskleidung 9 des Feuerraums 4 eine niet ver-inÆchaulichte
Schutzschicht aus erstarrter geschmolzener Schlacke gebildet, wodurch die feuerfeste
Auskleidung gegen weitere Erosion geschützt wird. Um die Wartung und Reparaturen
des Ofens zu erleichtern, ist der untere Abschnitt 25 des Ofens 1 über verschraubte
Flansche 27 und 30 an dem oberen Abschnitt 26 lösbar angebracht Ein nicht veranschaulichter
Dichtungsring kann zwischen die Metallflansche 27 und 3D eingelegt sein, um für
eine Abdichtung zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt 26 und 25 des Ofens
zu sorgen Der Schachtofen 1 ist mit einem Produktgasauslaß 6, einer im Feuerraum
4 befindlichen Düse 8 für die Zufuhr von Oxydationsgas und einem mit einer Abstichkammer
10 in Verbindung stehenden Schlackestichloch 7 versehen. Die Düse 8 ist vorzugsweise
eine von mindestens vier wassergekühlten Sauerstoffdüsen, die in symmetrischer Verteilung
um den Feuerraum 4 herum angeordnet sind In der Zeichnung ist nur die eine Düse
8 dargestellt Um für einen besonders wirkungsvollen Betrieb zu sorgen, sind die
Düsen derart in einem Winkel zur Waagrechten ausgerichtet, daß das austretende Oxydationsgas
in Richtung auf die Mitte des von dem Rückstand gebildeten Schmelzbades 16 geleitet
wird. Außerdem befinden sich die Düsen in ausreichender Höhe über dem Schmelzbad
16, um zu verhindern, daß schmelzflüssiges Metall und/oder Schlacke in die Düsenanordnung
eindringen und mit dem Oxydationsgas reagieren- Aus Gründen der Kühlung besteht
die Düse 8 am zweckmäßigsten aus einer
Anordnung von zwei Koaxialen,
miteinander ausgerichteten Rohren (nicht veranschaulirt), wobei Sauerstoff dem Mittelrohr
zugeführt wird w---end Funlt.asser durch die Ringkanimer hindurch umgewalzt wird,
die zwischen den Rohren gebildet wird, Auf diese Weise wird die Sauarstoffdüse gekühlt
und wird deren Lebensdauer verlängert.
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Die Abstichkammer 10 besteht aus einem dampfdichten Gehause 11, einer
feuerfesten Gießschnauze 12 in Form einer sich vom Stichloch 7 etwas über den Mantel
20 des Feuerraums hinauserstreckenden feuerfesten Schiene, sowie aus einem Vormischbrenner
13- Das Gehäuse 11 bildet einen druckdichten Abschluß für das Stichloch 7, so daß
der Schachtofen 1 mit einem Überdruck gegenüber dem Druck der Außenatmosphäre betrieben
werden kann, ohne daß das Stichloch 7 ständig eingetaucht gehalten werden muß Die
Hauptfunktion des Gehäuses 11 besteht daher darin zu verhindern, daß die im Ofen
1 befindlichen Gase mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung kommen. Obwohl dies
im herkdmmlichen Betrieb mit einem eingetauchten Stichloch erreicht werden kann,
wird im Hinblick auf einen einfachen Ofenbetrieb vorzugsweise der Flüssigkeitsspiegel
des schmelzflüssigen Rückstandes 16 unterhalb der Öffnung des Stichlochs 7 gehalten,
wie dies in Figur 1 veranschaulicht ist Insbesondere kann auf diese Weise für einen
kontinuierlichen Austritt von schmelzflüssigem Rückstand gesorgt werden, Das Gehäuse
11 nimmt ferner den Behälter für Abschreckwasser 14 auf. Der Brenner 13 und ein
Hilfssauerstoffauslaßrohr 15 ragen in das Gehäuse 11 hinein, wobei der Brenner 13
auf die Öffnung des Stichlochs 7
gerichtet ist. Das Af,slaßrohr
15 ist in der Nähe des Brenners 13 angeordnet, so daß mindestens ein Teil eines
aus dem Rohr 15 austretenden, seue 5torfhaltigen Gases mit der Brennerflamme vermischt
wird und mincnrarens einen Teil des nicht verbrannten Brennstoffes in der Flamme
oxydiert. Ein Plattenförderer 45 ist derart unterhalb der Oberfläche des Abschreckwassers
14 angeordnet, daß er die Teilchen aus erstarrtem Rückstand 28, in dem Maße, in
dem sie gebildet werden, zu einem Aufnahmebehälter 46 transportiert.
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Um die Arbeitsweise des Förderbandes 45 besser erkennen zu lassen,
ist dieses in der Seitenansicht um 900 gegenüber der beabsichtigten Arbeitsstellung
veranschaulicht. Die Abstichkammer 10 ist ferner mit einer zweckentsprechenden nicht
veranschaulichten Entlüftung versehen, um Gas aus dem Gehäuse 11 austreten zu lassen,
wenn der Druck im Feuerraum 4 einen vorbestimmten Grenzwert, im allgemeinen ungefähr
76,2 cm Wasser, überschreitet.
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Ein nicht dargestellter Abfalleinlaßtrichter, der über einen Schieber
18 mit einem Füllschacht 17 in Verbindung steht, ist am oberen Ende des Schachtofens
1 fest angebracht. Ein zweiter Schieber 19 wird in Verbindung mit dem Schieber 18
benutzt, um den Reaktor 1 abgedichtet zu halten, während Abfall R zugeführt wird.
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Eine Spülleitung 24, die unterhalb des Schiebers 18 mit dem Füllschacht
17 in Verbindung steht, erlaubt es, den Füllscha=ht 17 mit Dampf S oder mit einem
inerten Gas, beispielsweise Argon, zu spülen, um den Austritt von kleinen Mengen
an Produktgas G in die Atmosphäre zu verhindern, wenn der Schieber 18 geöffnet wird,
um weiteren Abfall einzufüllen. Es versteht sich, daß auch andere Beschickungsvorrichtungen
benutzt
werden können, die in der Lage sind, für eine druckdichte Abdichtung zu sorgen,
während die Beschickung mit Feststoffen erfolgt.
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Im Betrieb wird Abfall R in den Ofen 1 über die Schieber 18 und 19
eingebracht, durch deren Zusammenwirken der Schacht während der Beschickung abgedichtet
wird, um im Schacht einen Überdruck aufrechtzuerhalten. Für diesen Zweck wird der
Schieber 18 geöffnet, während der Schieber 19 geschlossen gehalten wird, so daß
Abfall R in den Füllschacht 17 fallen kann. Danach wird die Einstellung der Schieber
18 und 19 umgekehrt; der Schieber 18 wird zunächst geschlossen; daraufhin wird der
Schieber 19 geöffnet, so daß der im Füllschacht 17 befindliche Abfall R in den Ofen
1 fallen kann.
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Dann wird Dampf S über die Spülleitung 24 in den Füllschacht 17 eingeblasen,
um alles Produktgas G aus dem Füllschacht 17 herauszuspülen, bevor die Schieberstellungen
erneut umgekehrt, d.h. bevor der Schieber 19 geschlossen und der Schieber 18 geöffnet
werden. Dadurch wird sichergestellt, daß das gesamte Produktgas G den Ofen 1 über
den Auslaß 6 verläßt. Nach dem Durchtritt durch den Schieber 19 fällt der Abfall
R in die Trockenzone 2 und bildet dort ein Abfallbett, dessen Oberfläche 5 unter
dem Gasauslaß 6 liegt. Der Abfall gelangt von der Troc'<enzone 2 zu der thermischen
Zerlegungszone 3, innerhalb deren das organische brennbare Material in erster Linie
in Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf zerlegt wird, während die nicht brennbaren
Stoffe
Verko@l@ geprodukte bilde, bei denen es sich in erster Linie um Ko@@enstoff handelt.
Metall, zementartige Stoffe, Glas und kurz ri t brennbare Stoffe rutschen zusammen
mit den Verkohlungsprodukten innerhalb des Schachtofens weiter nach unten und gelangen
in den Feuerraum 4, wo die Verkohlungsprodukte mit dem über die Düse 8 eintretenden
Sauerstoffgas exotherm reagieren, so daß auf einem feuerfesten Block 47 am unteren
Ende des Feuerraums 4 das Schmelzbad 16 aus Metall und Schlacke gebildet wird. Das
Schmelzbad 16 tritt über das Stichloch 7 aus. Es strömt dabei über die Gießscrnauze
12 und fällt dann nach unten in das Abschreckwasser 14, wo das Metall und die Schlocke
in granulöser Form erstarren. Dabei werden diskrete Rückstandsteilchen 28 gebildet,
die sich im unteren Teil des Gehäuses 11 auf dem Förderband 45 absetzen und die
dann kontinuierlich zum Aufnshmebehälter 46 gefördert werden. Der Brenner 13 ist
auf das Stichloch 7 gerichtet, um den schmelzflüssigen Rückstand im Stichloch 7
und auf der Gießschnauze 12 hinreichend fließfähig zu halten, so daß ständig abgestochen
werden kann.
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In den Figuren 1 und 2 ist die Gießschnauze 12 als trogformige Schiene
aus feuerfestem Material dargestelltv die von der Unterkante des Stichlochs 7 aus
nach außen reicht, um den aus dem Stichloch austretenden Strom aus schrnelzflüssigem
Metall und Schlacke in einen Abschrecktank oder entsprechend einer abgewandelten
Ausbildung in eine nicht veranschaulichte Form zu leiten. Um in wirksamer Weise
als Gefälle dienen zu können, über die der schmelzflüssige Rückstand abströmen kann,
reicht die Gießschnauze 12 vorzugsweise
mindest@@ gefdhr 50 mm
in eie Abstichkammer 10 hinein. Damit eine Erosion der Gießscnnouze 12 und die dadurch
bedingte anschließe@@@ @@sbildung einer am Ofenmantel anhaftenden unregelmaßigen
Uberz@gsschicht verhindert wird, befindet sich ein Kühlmantel 32 mit dem Ofenmantel
20 bündig abschließend unterhalb der Gießschnauze 12. Der Kühlmantel 32 besteht
aus Metall; er ist mit Durchlässen zum Umwalzen eines flüssigen Kühlmittels, beispielsweise
Wasser, versehen und steht mit den nicht benetzten Außenflächen der Gießschnauze
12 in Berührung. Daaiircn wird die benetzte Oberfläche 33 der Gießschnauze 12 ausreichena
stark gekuhlt, um eine erstarrte Scnicht 39 aus geschmolzener Schlacke auf der benetzten
Oberfläche 33 auszubilden, wodurch die Gießschnauze 12 gegen weiteren Abrieb geschützt
wird. Die Hauptfunktion des Kühlmantels 32 besteht also darin, das Austrittsende
38 der Gießschnauze 12 in einem fest vorgegebenen Abstand von dem Ofenmantel zu
halten.
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Der Kühlmantel 32 besteht zweckmaßigerweise aus einem wassergekühlten
Metallkörper, beispielsweise Kupfer; es versteht sich jedoch, daß auch zahlreiche
andere Kuhlanordnungen vorgesehen werden können, die ähnlich wirkungsvoll sind.
Allgemein sollte die Temperatur der mit der Gießschnauze in Berührung stehenden
Kühlfläche unter 26000 liegen. Die Dicke der feuerfesten Gießschnauze wird im kontinuierJichen
Betrieb aurch die Temperatur des Kühlmantels und die Strömungsmenge des schmelzflüssigen
Metalls und der Schlacke bestimmt, die das Stichloch verlassen.
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Ein durch einen Pfeil 35 angedeutetes Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemisch
wird dem Vormischbrenner 13 zugeführt, der auf das Austrittsende
38
de @ {-^hralze '2 uod das Stichloch 7 gerichtet ist Sauersto@@a@s@aß@chre 15' sind
parallel zur Achse des Brenners 13 in einem sol@@e@ abstand von dieser angeordnet,
daß ein Teil des aus den Lu-lsssen 37 austretenden sauersQoffhaltigen Gases 40 in
die Flamme 36 hireingesaugt wird, wodurch deren Temperatur erhoht und für eine entsprechenue
Steigerung der Geschwindigkeit des Wärmeübergangs im Bereich des Stichlohs 7 gesorgt
wird Um für einen leistungsfähigen Betrieb zu sorgen, muß der Abstand zwischen dem
Austrittsende des Brenners und dem Stichloch kleiner als das 20-fache des Düsendurchmessers
des Brenners sein.
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Es versteht sich, daß die Anordnung der ein sauerstoffhaltiges Gas
zuführenden Hilfseinrichtung mit Bezug auf den Brenner je nach der Art, in der das
Mischen erfolgt, in weiten Grenzen geändert werden kann. Beispielsweise kann dafür
gesorgt werden, daß das sauerstoffhaltige Gas in die Brennerflamme gesaugt wlrd,
indem es koaxial zur Flamme, jedoch getrennt von dieser als Hüllgas zugeführt wird,
das die Flamme umgibt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines herkömmlichen Brenners
geschehen, der mindestens zwei konzentrische, axial ausgerichtete Innenrohre aufweist,
wobei das Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch über das Mittelrohr und das sauerstoffhaltige
Gas über den von den beiden Rohren begrenzten Ringraum zugeführt wird. Entsprechend
Figur 2 kann ein entsprechender Ringhülleffekt auch bei Verwendung eines Einrohrbrenners
dadurch erreicht werden, daß mehrere Auslaßrohre für das sauerstoffhaltige Gas parallel
zur Achse der Flamme und in Abstand von dieser entlang den Seiten des Brenners vorgesehen
werden. In jedem Falle
wird die Flammentemperatur gesteigert, wenn
Hüllsauerstoff in das den Brenner verlassende Gemisch gesaugt wird. Statt dessen
kann die Oxydationsmittel-Auslaßanordnung auch derart angeordnet werden, daß ein
Strom aus sauerstoffhaltigem Gas derart gegen die Brennerflamme von unten angeblasen
wird, daß er unmittelbar auf die Flamme trifft und deren Temperatur steigert. Unter
den Begriff "in der Nähe des Brenners" soll daher eine Anordnung der Hilfsoxydationsmittel-Auslaßanordnung
fallen, bei der das austretende sauerstoffhaltige Gas unmittelbar mit der Flamme
in Berührung kommt (z.B. von unten angeblasener Sauerstoff) oder bei der ein unmittelbarer
Kontakt zwischen den Gasströmen erzielt wird (beispielsweise Einsaugen des Sauerstoffs
in die Flamme).
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Die Hauptfunktion der Brenneranordnung in der Abstichkammer besteht
darin, für ein ununterbrochenes Abstechen von schmelzflüssigem Rückstand zu sorgen,
indem verhindert wird, daß schmelzflüssiges Metall und/oder Schlacke an der Gießschnauze
und innerhalb des Stichlochs erstarren. Im Betrieb entwickelt der Brenner bei Verwendung
des Hilfsoxydationsgases seine größte Wärmeintensität nahe der Brennerdüse an der
Flammenfront. An der Gie8-schnauze und innerhalb des Stichlochs nimmt der Wärmeübergang
stark ab. Durch Anwendung eines Hilfsstrahls aus einem sauerstoffhaltigen Gas wird
jedoch der Wärmeübergang ausreichend hoch gehalten, um den Rückstand innerhalb des
Feuerraums und der Gießschnauze in schmelzflüssigem Zustand zu halten. Dies ist
auf zweierlei Ursachen zurückzuführen. Zum einen hat die
Zugabe
einer mindestens stöchiometrischen Menge an Sauerstoff bezcgen auf den unverbrannten
Brennstoff in der Flamme zur Folge, aaß in der Flamme eine weitere Verbrennung stattfindet
und damit die erzeugte Wärmemenge erhöht wird. Zum anderen macht der im Verbrennunnsgasstrom
des Brenners vorhandene Hilfssauerstoff diesen andernfalls reduzierenden Gasstrom
zu einem oxidierenden Gemisch, so daß im Feuerraum nahe dem Stichloch eine exotherme
Reaktion erfolgt. Der in dem Gasgemisch vorhandene Sauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff
im Feuerraum exotherm unter Bildung von CO oder C02, wodurch das schmelzflüssige
Bad erhitzt und dessen Viskosität gesenkt wird.
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Bezüglich einer näheren Erläuterung des Verfahrens zum Verhindern
einer Erstarrung im Stichloch sei auf die US-PS 3 806 335 verwiesen.
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Die Abstichkammer ist bevorzugt vorgesehen. Sie erlaubt es, schmelzflüssiges
Metall und Schlacke ständig und sicher aus dem Feuerraum abzustechen, der mit einem
Überdruck, normalerweise einem Überdruck von ungefahr 25 cm Wassersdule, arbeitet.
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Eine Erosion der Gießschnauze und die damit einhergehende Ausbildung
einer am Ofenmantel anhaftenden unregelmäßigen Erstarrungsschicht werden vermieden,
indem eine Kühleinrichtung für die Gießschnauze vorgesehen wird. Die benetzte Oberfläche
der Gießschnauze wird ausreichend gekühlt, wodurch für einen festen Abstand zwischen
dem austrittsseitigen Ende der Schnauze und dem Ofenmantel gesorgt wird. Schmelzflüssiger
Rückstand wird auf diese Weise am Erstarren auf dem Ofenmantel gehindert.
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Wenn mit der vorstenend erläuterten Abstichkammer gearbeitet wird,
ist das Stichloch vorzugsweise in der im folgenden erlauterten Art bemessen, um
ein wirkungsvolles Arbeiten sicherzustellen. Die Querschnittsfldche des Stichlochs
sollte einen Wert haben, der großer als der durch die Formel C = 0,025 RX definierte
Wert ist, wobei 2 C = Querschnittsflache des Stichlochs in cm R = Abfallbeschickungsmenge
in t/Tag und X = Anteil an Metall, Glas, Schlacke und ähnlichen hochschmelzenden
anorganischen Stoffen im Abfall in %.
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Der obere Grenzwert für die Stichlochöffnung ergibt sich daraus, daß
die Querschnittsfldche nicht größer sein soll als der Wert C = 17 R, wobei C und
R in der obengenannten Weise definiert sind.
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Der vorstehend erläuterte Schachtofen läßt sich nicht nur in Verbindung
mit der vorzugsweise vorhandenen Abstichkammer einsetzen. Vielmehr können auch andere
Abstichanordnungen vorhanden sein, die für eine wirksame Abdichtung zwischen dem
Ofengas und der umgebenden Atmosphäre sorgen. Beispiele für derartige
abge.andelte
Abstichanordnungen sind ein eingetauchtes Stichloch, wle es in "THE MAKING, SHAPING
AND TREATING OF STEEL", United States Steel, 9. Ausgabe, S. 431 beschrieben ist;
ein nicht eingetauchtes Stichloch, das mit einem von einem Brenner kommenden einwärts
gerichteten Gasstrom abgedichtet wird, entsprechend "FUEL GASIFICATION", Advances
in Chemistry, Series 69, American Chemical Society, Kapitel 4, S. 36; sowie ein
Untergießstichloch, wie es haufig bei Eisenkupolöfen anzutreffen und aus "THE CUPOLA
AND ITS OPERATION", 2. Ausgabe, American Foundrysmen's Society, Kapitel 19, bekannt
ist.
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Von Bedeutung sind die Beziehungen, die die Querschnittsflächen an
der Unterseite und an der Oberseite des Abfallbettes angeben. Die Querschnittsfläche
des Ofenabschnitts, der der Oberseite des Abfallbettes entspricht, muß gleich oder
größer dem durch die Formel B = R (0,0174 + 0,002355 1 p P gegebenen Wert sein,
wobei 2 B = Querschnittsfläche in m P = Sauerstoffanteil in dem sauerstoffhaltigen
Gas in % und R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag.
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Dadurch wird die Geschwindigkeit des die Trockenzone verlassenden
Produktgases hinreichend klein gemacht, um die Menge der vom Gas
mitgerissenen
Flu3 e kleinstmöglich zu holten. Infolgedessen ist die anschileßende Gasreinigung
weitgehend vereinfacht.
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Der obere Grenzwert zur uie Ofenquerschnittsfläche im Bereich der
Oberseite des Abfallbettes ergibt sich aus der Formel: B = R (0,174 + 0,02355 100
P wobei B, R und P in der obengenannten Weise definiert sind.
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Durch die Verjüngung des Ofens in Rirhtung auf den unteren Abschnitt
wird eine hohe Warmeübergangsgeschwindigkeit im Feuer raum sichergestellt, indem
das Ofenvolumen kleinstmöglich gehalten wird, innerhalb dessen die Verbrennungsreaktion
abläuft und die anorganischen Feststoffe geschmolzen werden. Dies wird dadurch erreicht,
daß der Feuerraum des Ofens so ausgelegt wird, daß die maximale Querschnittsfläche
am unteren End des Feuer raums durch die folgende Formel: A - 0,0128 R definiert
ist, wobei A = Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums in m2 und R = Abfallbeschickungsmenge
in t/Tag.
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Die je Ofenvolumeneinheit freigesetzte Energie wird dadurch sehr groß
gehalten. Infolgedessen wird eine innerhalb des gesamten Feuerraumes gleichförmige
und wesentlich oberhalb des Schmelzpunktes
von Glas und Metall
liegende Temperatur erzielt.
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Der untere Grenzwert für die Querschnittsfläche am unteren Ende des
Feuerraums ergibt sich aus der Formel A = 0,00102 R, wobei A und R in der oben angegebenen
Weise definiert sind.
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Der vorliegend beschriebene Abfallkonverter ist in der Lage, eine
große Vielzahl von unterschiedlich zusammengesetzten Stoffen auf wirksame Weise
in nutzbare Brenngase und inerte feste Rückstände umzusetzen. Zu den Abfallstoffen,
die sich auf diese Weise umsetzen lassen, gehören brennbare Stoffe wie Papier, Kunststoff,
Gummi, Holz, Nahrungsmittelabfälle, Klärschlamm und dergleichen sowie normalerweise
nicht brennbare Stoffe, wie Metalle, Glas und schmalzbare zementartige Stoffe. Die
Vorrichtung nach der Erfindung kann infolgedessen eingesetzt werden, um Hausmüll,
kommerzielle Abfallstoffe, Industriemüll oder landwirtschaftliche Abfallstoffe zu
beseitigen.
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Patentansprüche:
L e e r s e i t e