DE3327203A1 - Verfahren zur muellvergasung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Müllvergasung und Vorrichtung
• zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur üllvergasung, bei dem die Müllbestandteile getrocknet, entgast9 vergast und geschmolzen werden, wobei Heißgase über eine Schmelzzone, eine Vergasungszone, eine Schwelzone und eine Trockenzone im Gegenstrom durch den Müll geführt und danach weiterverwendet werden, während die flüssige Schlacke abgezogen wird. - Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Schachtofen mit Müllaufgabe, Schmelzzone, Schmelzkammer und Schlackenabzug sowie mit je einem Heißgasabzug oberhalb der Schwelzone und oberhalb der Vergasungszone sowie Gas-und Teerbrenner im Bereich der Schmelzkammer.
• Bei einem bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung, das auch unter dem Namen Andco-Torrax-Verfahren bekannt ist, wird ein vertikaler Schachtofen verwendet, n dem die eingebrachten Müllbestandteile getrocknet, aufgeheizt, entgast bzw. vergast und eingeschmolzen werden.
• Die im Ofenherd entstehenden heißen Gase bewegen sich im Gegenstrom durch den Müll nach oben, wobei sie sich fortwährend abkühlen und mit einer Temperatur von ca. 4000 C abgezogen werden. Die nach Abschwelung übrigbleibenden Bestandteile des Mülls sind im wesentlichen fester Kohlenstoff, Metalle und der gesamte Inertanteil. Der Oxidationsprozeß des Kohlenstoffes und der Metalle ist auf den Ofenherd beschränkt und wird erreicht durch auf ca. 1000" C aufgeheizte Luft, welche durch mehrere am Umfang verteilte Düsen eingeblasen wird. Die chemischen Reaktionen zwischen Sauerstoff und Kohlenstoff sind stark exotherm, so daß in einem begrenzten Bereich Temperaturen von über 14000 C entstehen, welche das Einschmelzen der Inertanteile des Mülls ermöglichen.
• Die so verflüssigten Bestandteile verlassen den Ofenschacht durch eine im Mauerwerk angebrachte Offnung und fließen in ein Wasserbad, wo sie granulieren.
• Die im Ofen erzeugten Gase werden in einer Gasbrennkammer unter Zugabe der erforderlichen Verbrennungsluft vollständig verbrannt. Der Wärmeinhalt des größten Teils der verbrannten Gase wird in einem nachgeschalteten Abhitzekessel dazu benutzt, Wasser aufzuheizen oder Dampf zu produzieren, welcher zur Gewinnung von Strom und zur Abwärmenutzung verwendet werden kann. Die abgekühiten Abgase werden in einem Elektrofilter und eventuell einem nachgeschalteten Wäscher gereinigt sowie über ein Saugzuggebläse in einen Kamin gegeben.
• Andere Verfahren mit Schlackenfluß arbeiten nach dem gleichen Prinzip, sie unterscheiden sich allenfalls dadurch, daß sie Luft mit einer geringeren Temperatur oder daß anstelle von Luft Sauerstoff eingeblasen wird sowie gegebenenfalls Koks oder Kalk zugegeben wird. Bei all diesen Verfahren wird die erforderliche Prozeßwärme durch interne Beheizung in der Vergasungszone erzeugt. Der Kohlenstoff in den Entgasungsrückständen des Hausmülls reicht nicht für Aufbau einer kompletten Vergasungszone d.h. zur Bildung einer Oxydationsschicht und einer Reduktionsschicht; einer Oxydation zur Erzeugung von Prozeßwärme und einer Reduktion zur Umwandlung von ausgebrannten Gasen (CO2 u. H20) in brennbare Gase (CO u. H2). Die Reduktionsschicht entfällt. Die Verbrennung von Entgasungsrückständen und Schlackenschmelze fallen in einer Zone zusammen, d.h. im Ofenherd. Die Steuerung des Verbrennungsprozesses erfolgt zwar über Sauerstoffgehalt sowie Temperatur der Abgase, aber zur Sicherung von Schlackenausbrand muß ein gewisser Luftüberschuß gegeben werden. Hiermit werden aber die fühlbare Wärme der Abgase erhöht und die an Schlacke abgegebene Wärme gemindert, so daß fremde Stützbrennstoffe mit Luft eingebracht werden müssen. Beim Durchbrechen von größeren Luftmengen durch die Schüttung kann es auch zu Verpuffungen kommen, womit auch eine Begrenzung des Ofendurchsatzes auferlegt werden kann. Der Schachtofen hat noch den Nachteil, daß es, sobald Müll geladen ist, keine mechanischen oder thermischen Eingriffsmöglichkeiten mehr gibt, die eine Steuerung der Vorgänge gestatten.
• Im Ergebnis entsteht ein zusätzlicher Bedarf an fremden Stützbrennstoffen, Möglichkeit der Ofenleistungsminderung durch Verpuffungen und sehr begrenzte Steuerung der Vorgänge im Ofen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß die erwähnten Nachteile nicht zum Tragen kommen.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das aus der Schwelzone austretende Heißgas als Schwelgas zusammen mit Wasserdampf in die Schmelzzone zurückgeführt und dort unter Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff zumindest teilweise verbrannt wird.
• Hierbei wird das aus der Schwelzone austretende und mit brennbaren Bestandteilen angereicherte Heißgas dem Prozeß wieder zugeführt. Zweckmäßig wird das Schwelgas zunächst entteert, bevor es zusammen mit Wasserdampf der Schmelzzone wieder zugeführt wird. Wenn zusätzlich ein Teil des Heißgases oberhalb der Vergasungszone als Produktgas abgezogen wird, kann dessen fühlbare Wärme in einem Wärmetauscher wenigstens teilweise an das gereinigte Schwelgas abgegeben werden. Das derart aufgeheizte Schwelgas wird dann Brennern zugeführt, die im Bereich der Schmelzzone angeordnet sind, und dort zum Teil mit Sauerstoff verbrannt. Mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur von ca. 15000 C tritt dieses zum Teil verbrannte Schwelgas in die Schmelzzone des Schachtofens ein. Alle dort vorhandenen, noch nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe spalten sich, wobei der Kohlenstoff der Schwelrückstände mit dem Sauerstoff der eingeführten Gase, insbesondere mit dem aus Wasserdampf abgespaltenen Sauerstoff, zu Kohlenmonoxid oxidiert. Im Ergebnis entsteht ein Gemisch aus heißen brennbaren Komponenten, nämlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
• Dieses heiße Gemisch ohne freien Sauerstoff steigt im Schachtofen nach oben und vergast dabei den im Gegenstrom geführten Müll so weit, daß die verbleibende Schlacke nur noch aus inerten Stoffen besteht und -in flüssiger Form aus dem Schachtofen abgeführt werden kann, z.B. in ein Wasserbad, wo sie granuliert. Die granulierte Schlacke ist nicht mehr auslaugbar und benötigt daher keine gesonderte Deponie. Sie kann als Baumaterial verwendet werden, z.B. als Ersatz für Kies und Sand in Straßendecken.
• Das oberhalb der Vergasungszone abgezogene und bereits teilweise abgekühlte Produktgas kann in einem Entstauber von Staub befreit werden und/oder, durch Einspritzwasser weiter gekühlt und gesättigt, einer Gaswäsche unterzogen werden. Das gereinigte Produktgas kann danach in einem Dampferzeuger mit hohem Nutzungsgrad und ohne Umweltbelastung oder als Ersatz für Heizöl z.B. in einer Stützfeuerung verheizt werden.
• Das Verfahren läßt sich vorteilhaft mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung durchführen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Heißgasabzug oberhalb der Schwelzone in eine Rückführleitung mündet, die einen Teerabscheider aufweist sowie zu den Gasbrennern im Bereich der Schmelzkammer führt. Zum Abzug des Produktgases kann im Schachtofen zwischen Schwelzoe und Vergasungszone ein Gasabzugsringkanal angeordnet sein, der in einen Produktgaskanal mündet, welcher einen Wärmetauscher für die in der Rückführleitung strömenden Gase aufweist. Es versteht sich, daß die Rückführleitung ein Gebläse aufweist.
• Vorteilhaft können auch die im Teerabscheider anfallenden Rückstände dem Prozeß wieder zugeführt werden, und zwar dadurch, daß im Bereich der Schmelzkammer angeordnete Sauerstoff-Teer-Brenner zur Verbrennung des im Teerabscheider anfallenden Teers angeordnet werden.
• Ein zwischen Schmelzzone und Schmelzkammer angeordneter Rostboden verhindert, daß die Vergasungsrückstände des Mülls unmittelbar in die Schmelzkammer fallen und sich mit der flüssigen Schlacke vermengen.
• Der Rostboden hält die festen Bestandteile zurück, lediglich die flüssige Schlacke gelangt in die Schmelzkammer, aus der sie in bekannter Weise abgeführt wird.
• Vorteilhaft besteht dieser Rostboden aus von Wasser oder Dampf durchströmten Kessel rohren und ist hierdurch zusammen mit den Schmelzkammerboden und Schachtwände bildenden Kesselrohren in ein Abhitzesystem aus wasser- oder dampfführenden Rohren und einem oder mehreren Dampfsammlern einbezogen. Die von diesem Abhitzesystem aufgenommene Wärme kann zur Erzeugung von überhitztem Hochdruckdampf und damit zur Stromerzeugung genutzt werden, wenn das Abhitzesystem einen im Produktgaskanal angeordneten Überhitzer aufweist. Der Dampf kann aber auch entspannt und dann für andere Zwecke benutzt werden.
• Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Schachtofen für die Müllverbrennung, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II - II durch den Gegenstand nach Figur 1.
• Der in der Zeichnung dargestellte vertikale Schachtofen 1 besitzt oben eine Einfüllöffnung 2, über die wahlweise ein Deckel 3 oder ein Einfülltrichter 4 gebracht werden kann. Deckel 3 und Einfülltrichter 4 sind auf einem verschiebbaren Wagen 5 montiert. Oberhalb der Einfüllöffung 2 befindet sich ein verfahrbarer Füllkübel 6 für die Beschickung des Schachtofens 1 mit Müll.
• Die Einfüllöffnung 2 befindet sich am oberen Ende einer pyramidenförmagen Abdachung 7, die auch einen Heißgasabzug 8 aufweist, welcher in eine Rückführleitung 9 mündet. Unterhalb dieser Abdachung 7 ist eine Trocknungszone 10 definiert, die sich oberhalb einer Schwelzone 11 befindet. Im Bereich der Schwelzone 11 erstreckt sich am inneren Umfang des Schachtofens 1 ein Gasabzugsringkanal 12, der in einen Produktgaskanal mündet. Ein Rostboden 14 aus Kesselrohren begrenzt eine unterhalb der Schwelzone befindliche Vergasungszone 15 und hält Festbestandteile des Mülls zurück, so daß diese nicht in eine unterhalb des Rostbodens 14 befindliche Schmelzkammer 16 fallen können. Von der -Schmelzkammer 16 gehen Schächte 17 für den Abzug flüssiger Schlacke aus.
• Hinter dem Heißgasabzug 8 befindet sich in der Rückführleitung 9 ein Teerabscheider 18, in dem die abgezogenen Gase gereinigt werden. Die im Teerabscheider anfallenden Teerstoffe werden Brennern 19 zugeführt, die im Bereich der Schmelzkammer 16 angeordnet sind und in denen die Teerstoffe zusammen mit Sauerstoff verbrannt werden.
• Die Rückführleitung 9 führt dann über ein Umwälzgebläse 20 zu Wärmetauschern 21, 22, die im Produktgaskanal 13 angeordnet sind. Hier werden die vom Umwälzgebläse 20 durch die Rückführleitung 9 geförderten Heißgase mit der fühlbaren Wärme der durch den Gasringkanal 12 abgezogenen und durch den Produktgaskanal 13 geführten Gase aufgeheizt Die Rückführleitung 9 endet jedenfalls an Brennern 23 im Bereich der Schmelzkammer. Hier wird diesen Gasen Sauerstoff in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Gase in den Brennern 23 teilweise verbrannt werden.
• Das aus dem oberen Teil der Schwelzone 11 austretende Gas wird auch als Schwelgas bezeichnet, welches nach Entteerung im Teerabscheider 18 zusammen mit Wasserdampf in Wärmetauschern 21, 22 aufgeheizt wird.
• Nach der Aufheizung wird das Schwelgas in den Brennern 23 zum Teil mit Sauerstoff verbrannt und in die Schmelzkammer 16 eingeführt. Dabei entstehen im unteren Teil des Schachtofens Temperaturen von ca. 15000 C, die ausreichen, alle noch nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe zu spalten und den Kohlenstoff der Schwelrückstände mit Sauerstoff, der insbesondere aus dem Wasserdampf abgespalten wurde, zu Kohlenmonoxid zu oxidieren. Die im Schachtofen aufsteigenden Gase bestehen aus brennbaren Komponenten, nämlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie dem Ballast in der Form von Kohlendioxyd, Wasserdampf und etwas Stickstoff.
• Infolgedessen wird der Schwelrückstand so weit vergast, daß die verbleibende Schlacke nur noch aus inerten Stoffen besteht, und die weichen Teile der Schlacke durch den Rostboden 14 in die Schmelzkammer fallen können, aus der die flüssige Schlacke durch die Schächte 17 in ein nicht dargestelltes Wasserbad rinnen können, wo sie granulieren.
• Das durch den Gasringkanal 12 abgezogene Produktgas gibt im Produktgaskanal 13 seine fühlbare Wärme über die Wärmetauscher 21, 22 zumindest teilweise ab und wird anschließend in nicht dargestellter Weise gekühlt oder so weiterbehandelt, daß es beispielsweise in einem Dampferzeuger verbrannt oder in einer Stützfeuerung verheizt werden kann.
• In der Zeichnung ist außerdem dargestellt, daß der Schachtofen ein umfangreiches Abhitzesystem aufweist. Die bei der Müllverbrennung anfallende Wärme wird zur Erzeugung von erhitztem Hochdruckdampf genutzt.
• Aus einer neben dem Schachtofen angeordneten Kesseltrommel 24 gelangt Wasser über Fallrohre 25 und Zuführungsrohre 26 zu Eintrittssammlern 27 im Bereich der Schmelzkammer 16 und der Schachtofenwände. In das Abgashitzesystem ist auch der Rostboden 14 einbezogen, der aus von Wasser oder Dampf durchflossenen Kesselrohren besteht, die, wie dargestellt, an die Eintrittssammler 27 angeschlossen sind. Der im Bereich der Schmelzkammer 16, der Schachtofenwände und des Rostbodens 14 erzeugte Dampf gelangt über Austrittssammler 28 und Dampfabführungsrohre 29 wieder in die Kessel trommel 24. Der dort vorhandene Sattdampf wird über eine Leitung 30 zu einem Oberhitzer 31 geleitet, der sich im Produktkanal 13 unmittelbar hinter der Mündung des Gasabzugskanals 12 befindet. Falls erforderlich, kann der überhitzte Dampf dann vor der weiteren Verwendung einem Dampfkühler 32 zugeführt werden, der als Einspritz- oder Oberflächenkühler ausgebildet sein kann. Der mit dem Abhitzesystem erzeugte Heißdampf kann zur Stromerzeugung oder für andere Zwecke eingesetzt Werden.
• BEZUGSZEICHENLISTE 1 Schachtofen 2 Einfüllöffnung 3 Deckel 4 Einfülltrichter 5 Wagen 6 Füllkübel 7 Abdachung 8 Heißgasabzug 9 Rückführleitung 10 Trockenzone 11 Schwelzone 12 Gasabzugsringkanal 13 Produktgaskanal 14 Rostboden 15 Vergasungszone 16 Schmelzkammer 17 Schächte 18 Teerabscheider 19 Brenner 20 Umwälzgebläse 21 Wärmetauscher 22 Wärmetauscher 23 Brenner 24 Kesseltrommel 25 Fallrohre 26 Zuführungsrohre 27 Eintrittssammler 28 Austrittssammler 29 Dampfabführungsrohre 30 Leitung 31 überhitzer 32 Dampfkühler 33 Schmeizkammerboden 34 Schachtwand - Leerseite -

Claims (9)

1. Ansprüche: 1. Verfahren zur Müllvergasung, bei dem die Müllbestandteile getrocknest, entgast, vergast und geschmolzen werden, wobei Heißgase über eine Schmeizzone, eine Vergasungszone, eine Schwelzone und eine Trockenzone im Gegenstrom durch den Müll geführt und danach weiterverwendet werden, während die flüssige Schlacke abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Schwelzone austretende Heißgas als Schwelgas mit Wasserdampf in die Schmelzzone zurückgeführt und dort unter Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff zumindest teilweise verbrannt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Heißgases oberhalb der Vergasungszone als Produktgas abgezogen wird und in einem Wärmetauscher das gereinigte Schwelgas aufheizt.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem Schachtofen mit Müllaufgabe, Schwelzone, Vergasungszone, Schmelzkammer und Schlackenabzug sowie mit einem Heißgasabzug oberhalb der Schwelzone und Brennern im Bereich der Schmeizkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgasabzug (8) in eine Rückführleitung (9) mündet, die einen Teerabscheider (18) aufweist sowie zu den Gasbrennern (23) im Bereich der Schmelzkammer (16) führt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schachtofen (1) zwischen Schwelzone (11) und Vergasungszone (15) ein Gasabzugsringkanal (12) angeordnet ist, der in einen Produktgaskanal (13) mündet, welcher einen Wärmetauscher (21, 22) für die in der Rückführleitung (9) strömenden Gase aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (9) ein Gebläse (20) aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 5, gekennzeichnet durch im Bereich der Schmelzkammer (16) angeordnete Sauerstoff-Teer- Brenner (19) zur Verbrennung des im Teerabscheider (18) anfallenden Teers.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 6, dadurch gekennzeichnet daß zwischen Vergasungszone (15) und Schmelzkammer (16) ein Rostboden (14) angeordnet ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rostboden (14), der Schmelzkammerboden (33) und die Schachtwände (34) aus von Wasser oder Dampf durchströmten Kesselrohren bestehen und damit in ein Abhitzesystem aus wasser- oder dampfführenden Rohren und einem oder mehreren Dampfsammlern einbezogen ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhitzesystem einen im Produktgaskanal (13) angeordneten Überhitzer (31) aufweist.