DE3533775A1 - Verfahren und vorrichtung zur verwertung heizwerthaltiger abfallstoffe in verbindung mit der herstellung von bindemitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung heizwerthaltiger Abfallstoffe, insbesondere von Haus- und Industriemüll, in Verbindung mit der Wärmebehandlung von feinkörnigen, mineralischen Stoffen zur Herstellung von Bindemitteln, insbesondere von Zementklinker, durch Vorwärmung und Kalzination des Rohmehls in einem Vorwärmer, Brennen in einem Drehrohrofen und Kühlen des Klinkers mit Luft, wobei Wärme aus der Wärmebehandlung zur Pyrolyse der Abfallstoffe in einem Schwelofen verwendet wird, die dabei anfallenden Pyrolysegase im Vorwärmer verbrannt und die Pyrolyserückstände in den Vorwärmer oder in den Drehrohrofen eingegeben werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE-OS 27 48 510 ist ein Verfahren zur Verwertung von Abfallstoffen bekannt, bei dem die Verschwelung und/oder unvollständige Verbrennung der Abfallstoffe mit einem Brennprozeß zur Erzeugung hydraulischer Bindemittel kombiniert wird, wobei die Pyrolysegase im Brennprozeß verwertet werden.

Da bei diesem Verfahren ballasthaltiges Gas durch den Klinkerbrennprozeß geleitet wird, und deswegen nur sehr geringe Pyrolysegasmengen genutzt werden können, wird in der DE 32 18 232 A 1 vorgeschlagen, die Abfallstoffe gesondert zu trocknen, die Pyrolyse durch indirekte Beheizung durchzuführen, und das somit relativ ballastarme Pyrolysegas nicht im Drehrohrofen sondern im heißesten Bereich des Vorwärmers zu verbrennen, wo eine Prozeßtemperatur von ca. 850°C erforderlich ist.

Nach der DE 33 20 670 A 1 soll das eben erwähnte Verfahren besonders wirtschaftlich werden, wenn das Rohmehlgemisch in einem dem Brennofen vorgeschalteten Vorwärmer erhitzt, dort die gesamten Pyrolysegase aus dem Schwelofen verbrannt werden, der Schwelofen ausschließlich mit Brennofen-Abgas beheizt wird und die festen Pyrolyserückstände direkt oder über die unterste Vorwärmstufe indirekt in den Brennofen eingeführt werden.

Wenn bei diesem Verfahren die als bevorzugt bezeichneten kohlenstoff- oder kohlenwasserstoffhaltigen Mineralstoffe, insbesondere bituminöser Kalkstein oder bituminöser Schiefer oder bituminöser Mergel eingesetzt werden, ist eine Optimierung des Verfahrens relativ einfach möglich, da die Zusammensetzung dieser heizwerthaltigen Ausgangsstoffe nur relativ wenig schwankt. Hingegen treten bei Müll bekanntlich sehr erhebliche Schwankungen in der Zusammensetzung und im Heizwert auf. Entsprechende Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung und der anfallenden Menge der Pyrolyserückstände stellen sich ein. Somit ist auch bei diesem Verfahren nur eine recht begrenzte Menge Müll einsetzbar, wenn eine gleichmäßige Klinkerqualität gesichert sein soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln, insbesondere von Zementklinker, in Verbindung mit der Pyrolyse von Abfallstoffen, insbesondere Haus- und Industriemüll, so zu modifizieren, daß eine größere Menge des Abfalls eingesetzt werden kann, ohne daß auch nur kurzfristig durch zu hohe Konzentrationen unerwünschter Bestandteile aus dem Müll die Klinkerqualität beeinträchtigt wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Pyrolyserückstände vor der Eingabe in den Vorwärmer oder in den Drehrohrofen homogenisiert werden und ein Teil der Ofengase aus dem Drehrohrofen ausgeschleust wird.

Unter Pyrolyse wird hier eine Entgasung, Vergasung und/oder Teilverbrennung des Abfalls in einem Schwelofen verstanden.

Mit Vorteil wird dadurch erreicht, mehr Abfallasche ohne Beeinträchtigung der Klinkerqualität in den Klinker einzubinden, so daß die verwertbare Abfallmenge erhöht werden kann. Das kommt der Abfallentsorgung allgemein zugute, es wird Deponieraum gespart. Gleichzeitig wird die Klinkerherstellung verbilligt, weil ein beträchtlicher Teil (möglich sind mehr als 50%) der zum Klinkerbrennen benötigten Wärmeenergie durch die Verwertung von Abfall gedeckt werden kann.

Aus der Zementherstellung ist bekannt (GB 20 43 853), den Brennprozeß störende, insbesondere zur Kreislaufanreicherung neigende Stoffe wie Sulfide, Chloride, Alkalien und/oder Schwermetalle durch einen Teilgasabzug (Bypass) aus den heißen Drehrohrofengasen, so lange sie noch nicht kondensiert sind, abzuzweigen. Beim Einbringen großer Abfallmengen in das System ist ein solcher Teilgasabzug sehr wesentlich, da ansonsten mit Verstopfungen beim Klinkerbrennprozeß und/oder mit Qualitätseinbußen des Klinkers zu rechnen ist.

Das über den Bypass ausgeschleuste heiße Ofengas wird in bekannter Weise gekühlt und entstaubt. Solche Stäube können zumindest zum Teil bei der Vermahlung dem Klinker wieder zugegeben werden.

Die für die Pyrolyse erforderliche Wärme kann entweder durch Einleitung von Abgas aus dem Drehrohrofen oder durch Einleitung von heißer Luft aus dem Kühler in den Schwelofen bezogen werden. Durch Lufteinleitung in den Schwelofen entsteht dort eine Teilverbrennung und somit eine zusätzliche Wärmeabgabe an den Pyrolyseprozeß. Die Ofengasmengen aus dem Drehrohrofen und die Luftmengen aus dem Kühler können in Abhängigkeit der gewünschten Pyrolysetemperatur gesteuert werden.

Der Anteil an noch brennbaren Bestandteilen der Pyrolyserückstände stellt sich in Abhängigkeit der Pyrolysetemperatur ein. Wird die Pyrolyse bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt, so wird der Pyrolyserückstand noch einen erheblichen Anteil an brennbaren Bestandteilen enthalten, so daß die Verwertung dieser Rückstände als Brennstoff in der Feuerungszone des Drehrohrofens in Betracht zu ziehen ist, insbesondere wenn dort ein Teil der Brennluft durch Sauerstoff ersetzt wird.

Die erforderliche Verbrennungsluft für die Verbrennung des Pyrolysegases und gegebenenfalls den homogenisierten Pyrolyserückstand im Vorwärmer, vorzugsweise im Kalzinator des Vorwärmers, wird entweder durch den Drehrohrofen oder durch eine getrennte Leitung (Tertiärluftleitung) direkt aus dem Klinkerkühler bezogen. Die getrennte Luftführung ist besonders vorteilhaft, da sie erlaubt, sowohl den Drehrohrofen als auch den Bypassabzug kleiner auszulegen. Diese Variante ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die Verbrennung im Drehrohrofen durch partielle Sauerstoffzufuhr erfolgt und/oder wenn ein Teil der Drehrohrofenabgase anderweitig verwertet wird.

Wird für das Zementbrennen Kohlenstaub eingesetzt, so können die Pyrolyserückstände der Kohlevermahlung zudosiert und mit der Kohle gemeinsam homogenisiert und vermahlen werden.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens werden die homogenisierten festen Rückstände der Abfallstoffe im heißen Bereich des Vorwärmers, insbesondere im Kalzinator, aufgegeben, vor allem wenn sie relativ geringe Bestandteile an Brennbarem enthalten. Es steht dadurch eine lange Strecke zum Einmischen in den Klinker zur Verfügung, was eine noch stärkere Vergleichmäßigung des Klinkers bewirkt.

Ist der Pyrolyserückstand nahezu frei von brennbaren Bestandteilen, so kann er der Mühle für die Aufbereitung des Zementrohmehls zugeführt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante werden die Abfallstoffe vor der Pyrolyse vorgetrocknet. Eine solche Maßnahme ist vor allem bei der Verwertung von Schlämmen angezeigt, deren Wassergehalt in der Regel über 50% liegt. Das in den Vorwärmer eingeleitete heiße Gas ist dann nicht mehr durch den Wasserballast "verdünnt". Bei dieser Verfahrensvariante lassen sich große Mengen feuchter Abfallstoffe ohne Beeinträchtigung der Klinkerqualität und ohne weiteren Brennstoff verwerten. Die Wärme aus dem Vorwärmer reicht zur Vortrocknung der Abfallstoffe aus. Wenn die nicht im geschlossenen Kreislauf geführten Brüden der Trocknung in einen mindestens 800°C heißen Teil des Vorwärmers geleitet werden, wird eine Geruchsbelästigung aus der Abfalltrocknung mit Sicherheit vermieden.

Durch Abzug der Pyrolyserückstände vor ihrer weiteren Verwertung ist es ferner möglich, diese von eisenhaltigen Bestandteilen durch Magnetabscheidung zur befreien und/oder beispielsweise eine Absiebung großer, störender Bestandteile vorzunehmen. Auch kann zur Verbesserung des Homogenisierungseffektes eine vorherige Zerkleinerung durchgeführt werden.

Die den Schwelofen verlassenden Pyrolyserückstände werden bevorzugt in einem Wasserbad abgekühlt und von dort der weiteren Verwertung zugeführt. Sie können beispielsweise in Mischbetten oder Homogenisierungssilos vergleichmäßigt werden. Solche Einrichtungen sind allgemein bekannt. Sie kommen insbesondere bei der Aufbereitung von Zementrohmaterial zur Anwendung und dienen gleichzeitig als Pufferlager.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird für die Verbrennung im Drehrohrofen anstelle der Luft wenigstens zum Teil Sauerstoff verwendet. Dadurch kann die Teilgasabzugsmenge geringer gehalten und die Kapazität des Vorwärmers besser für die Verbrennung der Pyrolysegase genutzt werden. Ferner erlaubt die Verwendung von Sauerstoff den Einsatz von minderwertigen Brennstoffen, insbesondere von Pyrolyserückständen.

Eine Entlastung des Vorwärmers kann ferner dadurch erreicht werden, daß das Abgas aus dem Drehrohrofen nicht in den Vorwärmer geleitet, sondern anderweitig energetisch, zum Beispiel zur Erzeugung von Fernwärme oder Strom, genutzt wird.

Zur Systementlastung von Elementen beziehungsweise Verbindungen, die bereits im Temperaturbereich des Vorwärmers verflüchtigt werden, wie zum Beispiel leichtflüchtige Schwermetalle beziehungsweise Schwermetallverbindungen, die bei der Pyrolyse oder bei der Verbrennung der Pyrolyserückstände entstehen und Kreisläufe bilden, kann auch ein Teil der Abgase des Vorwärmers ausgeschleust und, beispielsweise gemeinsam mit dem Bypassgas aus dem Drehrohrofen, abgekühlt und entstaubt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus zwei Anlageteilen, einer Klinkerbrennanlage, bestehend aus Vorwärmer, möglichst mit Kalzinator, Drehrohrofen und Klinkerkühler und einem Schwelofen, in dem der Abfall eingespeist wird und wo er bei Wärmeübertragung aus der Klinkerbrennanlage verschwelt und/oder teilverbrannt (pyrolysiert) wird, mit Einrichtungen zur Homogenisierung der Pyrolyserückstände nach der Verschwelung und/oder Teilverbrennung des Abfalls und einer Leitung zum Teilabzug heißer Drehrohrofengase. Eine Homogenisiereinrichtung besteht aus mindestens einem Silo oder einer Lagerhalde mit Mischvorrichtung, sowie einer zur Rohmehlaufgabe mengenproportionalen Steuerung. Dadurch kann eine größtmögliche Menge Abfall ohne Überschreiten der Höchstkonzentrationen von Schadstoffen im Klinker eingesetzt werden. Der Teilgasabzug befindet sich bevorzugt am Einlauf des Drehrohrofens. Bei den dort herrschenden Temperaturen sind die meisten störenden Stoffe in der Gasphase.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schwelofen als Drehrohrofen ausgebildet. Die Abfallstoffe lassen sich darin gut durchlüften, und es tritt auch eine Vorhomogenisierung ein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines im Blockschaltbild gezeigten Ausführungsbeispieles weiter erläutert. In der Schemazeichnung sind nur die Richtungen der Gas- und Feststoffströme angegeben, aber keine Ventile, Beschleunigungs-, Steuer- und Regelorgane.

Die Klinkerbrennanlage besteht aus einem Vorwärmer 1 (hier ausgebildet aus vier Wärmetauscherzyklonen 2 mit dem Kalzinator 3), einem Drehrohrofen 4 und einem Luftkühler 5, hier als Rostkühler ausgebildet. Rohmehl 6 wird im oberen Bereich des Vorwärmers 1 aufgegeben, der Klinker bei 7 dem Kühler 5 entnommen.

Heizwerthaltiger Abfall 8 wird in diesem Beispiel über den mit Abwärme aus dem Vorwärmer 1 beheizten Trockner 9 vorgetrocknet, ehe er über die Leitung 10 in den Schwelofen 11 gelangt. Ohne Abfallverwertung gelangen die Gase aus dem Drehrohrofen 4 über die Leitung 12 direkt in den Kalzinator 3, in den ebenfalls Brennstoff und heiße Luft aus dem Kühler geleitet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein Teil der Drehrohrofenabgase über 13 und/oder ein Teil der Kühlerabluft über 17 in den Schwelofen 11 geleitet; es kommt dort zu einer Pyrolyse und einer Trennung des Abfalls in brennbare Pyrolysegase 14 und feste Pyrolyserückstände 15, die im Regelfall auch noch heizwerthaltige Anteile enthalten.

Die Pyrolyserückstände aus dem Schwelofen 11 werden in einem Wasserbad 19 gekühlt und anschließend einer magnetischen Abscheidung und/oder einer Absiebung, gegebenenfalls auch einer Zerkleinerung in der Aufbereitungsstufe 20 unterzogen, bevor sie der Homogenisierung 18 zugeführt werden. Magnetische Bestandteile und unerwünschtes Überkorn werden bei 25 ausgetragen.

Es hängt mit von der thermischen Behandlung des Abfalls im Schwelofen ab, wie die Rückstände am vorteilhaftesten weiterverarbeitet werden. Bei einer reinen Verschwelung durch die kaum noch Sauerstoff enthaltenden Ofengase 13 kann der Rückstand noch so viel Brennbares enthalten, daß er beispielsweise bei 30 ausgeschleust und zusammen mit hochwertigem Brennstoff, beispielsweise Kohlestaub, über den Brenner 21 dem Drehrohrofen 4 aufgegeben wird.

Besonders bei einer Teilverbrennung des Abfalls ist es sinnvoll, die homogenen, festen, überwiegend mineralischen Rückstände über die Leitung 22 direkt in den heißen Bereich des Vorwärmers beziehungsweise des Kalzinators des Vorwärmers oder in den Einlaufschacht des Drehrohrofens einzugeben. Dabei ist ein langer Weg über den unteren Wärmetauscherzyklon 23, die Einspeiseleitung 24 und den gesamten Drehrohrofen 4 gegeben, so daß der Pyrolyserückstand sehr gleichmäßig mit dem Rohmehl vermischt und in den Klinker eingebaut wird.

Es besteht darüberhinaus die Möglichkeit, die homogenisierten Rückstände über 30 abzuziehen und sie bei der Kohlevermahlung oder der Klinkervermahlung zuzudosieren.

Über die Leitung 26 kann ein Teil der heißen Ofenabgase entfernt werden, was eine Verdünnung der im Kreislauf befindlichen und für die Klinkerherstellung unerwünschten, bei Abkühlung am Rohmehl wieder kondensierenden Stoffe zur Folge hat. Bei der Verwertung großer Abfallmengen muß auf die Unterbrechung beziehungsweise Verminderung einer solchen Kreislaufbildung verstärkt geachtet werden. Die Weiterbehandlung des bei 26 abgezogenen Gases - im wesentlichen eine Kühlung und Entstaubung - ist nicht mehr dargestellt. Je nach Art der Schadstoffe können diese Stäube in gewissen Mengen dem Klinker bei der Vermahlung wieder zugesetzt werden.

Ein Teil der Brennluft 31 für den Drehrohrofen 4 kann durch Sauerstoff 32 ersetzt werden.

Größenordnungsmäßig kann nach diesem Verfahren ein halbes Kilogramm Hausmüll pro 1 Kilogramm Klinker entsorgt werden. Die Menge hochwertigen Brennstoffs zur Erzeugung von 1 Kilogramm Klinker dürfte bis 300 kcal erniedrigt werden können, weil das Heißgas aus dem Schwelofen zur vollen Deckung des Wärmebedarfs des Vorwärmers ausreichen kann, und darüber hinaus die Pyrolyserückstände zumindest zum Teil in der Flammenzone des Drehrohrofens eingesetzt werden können.

Zur Vortrocknung der Abfallstoffe 8 im Trockner 9 reichen die Abgase 27 des Vorwärmers 1 aus. Die nicht im Kreislauf geführten Brüden 28 der Trocknung werden dort in den Vorwärmer 1 eingeleitet, wo noch mindestens 800°C herrschen. Dadurch werden alle geruchsbelästigenden Stoffe aus der Abfalltrocknung zerstört.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine wesentliche Änderung und Erweiterung konventioneller Anlagen zur Herstellung von Bindemitteln, denn die zusätzlichen Gase aus der Abfallverwertung sind kein Ballast sondern Brennstoff.

Im Blockschaltbild ist der Schwelofen 11 als eine im Gegenstrom betriebene Drehtrommel gezeigt. Der Einsatz einer Gleichstromtrommel oder eine andere Ofenart ist jedoch ebenfalls möglich.

Claims (14)

1. Verfahren zur Verwertung heizwerthaltiger Abfallstoffe, insbesondere von Haus- und Industriemüll, in Verbindung mit der Wärmebehandlung von feinkörnigen, mineralischen Stoffen zur Herstellung von Bindemitteln, insbesondere von Zementklinker, durch Vorwärmung und Kalzination des Rohmehls in einem Vorwärmer, Brennen in einem Drehrohrofen und Kühlen des Klinkers mit Luft, wobei Wärme aus der Wärmebehandlung zur Pyrolyse der Abfallstoffe in einem Schwelofen verwendet wird, die dabei anfallenden Pyrolysegase im Vorwärmer verbrannt und die Pyrolyserückstände in den Vorwärmer oder in den Drehrohrofen eingegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyserückstände vor der Eingabe in den Vorwärmer oder in den Drehrohrofen homogenisiert werden und ein Teil der Ofengase aus dem Drehrohrofen ausgeschleust wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Pyrolyse der Abfallstoffe heiße Abluft aus der Klinkerkühlung in den Schwelofen geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Pyrolyse der Abfallstoffe Ofengase aus dem Drehrohrofen in den Schwelofen geleitet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die homogenisierten Pyrolyserückstände in der Flammenzone des Drehrohrofens aufgegeben werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die homogenisierten Pyrolyserückstände im heißen Bereich des Vorwärmers, insbesondere im Kalzinator, aufgegeben werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe vor der Pyrolyse vorgetrocknet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vortrocknung der Abfallstoffe Abgas aus dem Vorwärmer eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brüden der Trocknung in einen mindestens 800°C heißen Teil des Vorwärmers geleitet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyserückstände vor der Homogenisierung zerkleinert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyserückstände vor der Homogenisierung einer magnetischen Abscheidung unterzogen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß grobe Bestandteile der Pyrolyserückstände vor der Homogenisierung abgesiebt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbrennung im Drehrohrofen anstelle von Luft wenigstens zum Teil Sauerstoff verwendet wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bestehend aus einer Anlage zum Klinkerbrennen mit Vorwärmer, Drehrohrofen und Klinkerkühler und einem Schwelofen zur Pyrolyse von Abfallstoffen, mit Einrichtungen zur Übertragung von Wärme aus dem Klinkerbrennprozeß auf die Abfallstoffe im Schwelofen sowie zum Einleiten von Pyrolysegasen aus dem Schwelofen in den Vorwärmer, insbesondere in den Kalzinator des Vorwärmers, und von Pyrolyserückständen aus dem Schwelofen in den Vorwärmer oder Drehrohrofen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Homogenisierung (18, 20) der Pyrolyserückstände und eine Leitung (26) zum Teilabzug heißer Ofengase aus dem Drehrohrofen (4) vorhanden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelofen (11) als Drehrohrofen ausgebildet ist.