DE3533775C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung heizwert
haltiger Abfallstoffe, insbesondere von Haus- und Industrie
müll, in Verbindung mit der Wärmebehandlung von feinkörnigen,
mineralischen Stoffen zur Herstellung von Bindemitteln, ins
besondere von Zementklinker, durch Vorwärmung und Calcination
des Rohmehls in einem Vorwärmer, Brennen in einem Drehrohrofen
und Kühlen des Klinkers mit Luft, wobei Wärme aus der Wärmebe
handlung 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 26 27 056 ist ein Verfahren zur Verwertung von
relativ heizwertreichen Abfallstoffen, insbesondere Kraftfahr
zeugreifen bei der Herstellung von Zementklinker bekannt, bei
dem der Abfallstoff verschwelt und der Schwelrückstand zu
nächst zerkleinert und anschließend vergast wird und die dabei
freiwerdende Wärme für den Zementklinker-Brennprozeß genutzt
wird.
Ferner ist aus der DE-OS 27 48 510 ein Verfahren zur Verwer
tung vieler verschiedenartiger Abfallstoffe bekannt, bei dem
die Verschwelung und/oder unvollständige Verbrennung der Ab
fallstoffe ebenfalls mit einem Brennprozeß zur Erzeugung hy
draulischer Bindemittel kombiniert wird, wobei allerdings aus
schließlich die Pyrolysegase im Brennprozeß verwertet werden.
Da bei diesem Verfahren ballasthaltiges Gas durch den Klinker
brennprozeß geleitet wird, und deswegen nur sehr geringe Py
rolysegasmengen genutzt werden können, wird in der DE 32 18
232 A1 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 A1 soll das eben erwähnte Verfahren be
sonders 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 unter
ste 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 Zu
sammenstzung dieser heizwerthaltigen Ausgangsstoffe nur rela
tiv wenig schwankt. Hingegen treten bei Müll bekanntlich sehr
erhebliche Schwankungen in der Zusammensetzung und im Heizwert
auf. Entsprechende Schwankungen in der chemischen Zusammen
setzung 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 Verbin
dung 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 kurz
fristig durch zu hohe Konzentration 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 Dreh
rohrofen 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 Be
einträchtigung der Klinkerqualität in den Klinker einzubinden,
so daß die verwertbare Abfallmenge erhöht werden kann. Das
kommt der Abfallentsorgung allgemein zugute, es wird Deponie
raum gespart. Gleichzeitig wird die Klinkerherstellung ver
billigt, 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 Qualitäts
einbußen des Klinkers zu rechnen ist.
Das über den Bypass ausgeschleuste heiße Ofengas wird in be
kannter Weise gekühlt und entstaubt. Solche Stäube können zu
mindest zum Teil bei der Vermahlung dem Klinker wieder zuge
geben werden.
Die für die Pyrolyse erforderliche Wärme kann entweder durch
Einleitung von Abgas aus dem Drehrohrofen oder durch Einlei
tung 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 von
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 Pyrolyserück
stände stellt sich in Abhängigkeit der Pyrolysetemperatur ein.
Wird die Pyrolyse bei relativ niedrigen Temperaturen durchge
führt, so wird der Pyrolyserückstand noch einen erheblichen
Anteil an brennbaren Bestandteilen enthalten, so daß die
Verwertung dieser Rückstände als Brennstoff in der Feuerungs
zone 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 Pyrolyse
rückstand im Vorwärmer, vorzugsweise im Calcinator des Vor
wärmers, wird entweder durch den Drehrohrofen oder durch eine
getrennte Leitung (Tertiärluftleitung) direkt aus dem Klinker
kühler bezogen. Die getrennte Luftführung ist besonders vor
teilhaft, da sie erlaubt, sowohl den Drehrohrofen als auch den
Bypassabzug kleiner auszulegen. Diese Variante ist insbeson
dere 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 Calcinator, aufgege
ben, vor allem wenn sie relativ geringe Bestandteile an Brenn
barem enthalten. Es steht dadurch eine lange Strecke zum Ein
mischen in den Klinker zur Verfügung, was eine noch stärkere
Vergleichmäßigung des Klinkers bewirkt.
Ist der Pyrolyserückstand nahezu frei von brennbaren Bestand
teilen, 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 Maß
nahme ist vor allem bei der Verwertung von Schlämmen ange
zeigt, 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 Beein
trächtigung der Klinkerqualität und ohne weiteren Brennstoff
verwerten. Die Wärme aus dem Vorwärmer reicht zur Vortrocknung
der Abfallstoffe aus. Wenn die nicht im geschlossenen Kreis
lauf geführten Brüden der Trocknung in einem mindestens 800°C
heißen Teil des Vorwärmers geleitet werden, wird eine Geruchs
belästigung aus der Abfalltrocknung mit Sicherheit vermieden.
Durch Abzug der Pyrolyserückstände vor ihrer weiteren Verwer
tung ist es ferner möglich, diese von eisenhaltigen Bestand
teilen durch Magnetabscheidung zu befreien und/oder beispiels
weise eine Absiebung großer, störender Bestandteile vorzuneh
men. Auch kann zur Verbesserung des Homogenisierungseffektes
eine vorherige Zerkleinerung durchgeführt werden.
Die den Schwelofen verlassenden Pyrolyserückstände werden be
vorzugt in einem Wasserbad abgekühlt und von dort der weiteren
Verwertung zugeführt. Sie können beispielsweise in Mischbetten
oder Homogenisierungssilos vergleichmäßigt werden. Solche Ein
richtungen sind allgemein bekannt. Sie kommen insbesondere bei
der Aufbereitung von Zementrohmaterial zur Anwendung und die
nen 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 er
laubt die Verwendung von Sauerstoff den Einsatz von minderwer
tigen Brennstoffen, insbesondere von Pyrolyserückständen.
Eine Entlastung des Vorwärmers kann ferner dadurch erreicht
werden, daß das Abgas aus dem Drehrohrofen nicht in den Vor
wärmer geleitet, sondern anderweitig energetisch, zum Beispiel
zur Erzeugung von Fernwärme oder Strom, genutzt wird.
Zur Systementlastung von Elementen beziehungsweise Verbin
dungen, die bereits im Temperaturbereich des Vorwärmers ver
flüchtigt werden, wie zum Beispiel leichtflüchtige Schwerme
talle beziehungsweise Schwermetallverbindungen, die bei der
Pyrolyse oder bei der Verbrennung der Pyrolyserückstände ent
stehen 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 Ver
fahrens besteht aus zwei Anlageteilen, einer Klinkerbrennan
lage, bestehend aus Vorwärmer, möglichst mit Calcinator,
Drehrohrofen und Klinkerkühler und einem Schwelofen, in dem
der Abfall eingespeist wird und wo er bei Wärmeübertragung aus
der Klinkerbrennanlage verschwelt und/oder teilverbrannt (py
rolisiert) wird, mit Einrichtungen zur Homogenisierung der
Pyrolyserückstände nach der Verschwelung und/oder Teilverbren
nung des Abfalls und einer Leitung zum Teilabzug heißer
Drehrohrofengase. Eine Homogenisiereinrichtung besteht aus
mindestens einem Silo oder einer Lagerhalde mit Mischvor
richtung, 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 Blockschalt
bild gezeigten Ausführungsbeispieles weiter erläutert.
In der
Schemazeichnung sind nur die Richtungen der Gas- und Fest
stoffströme angegeben, aber keine Ventile, Beschleunigungs-,
Steuer- und Regelorgane.
Die Klinkerbrennanlage besteht aus einem Vorwärmer 1 (hier
ausgebildet aus vier Wärmetauscherzyklonen 2 mit dem Calcina
tor 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 ent
nommen.
Heizwerthaltiger Abfall 8 wird in diesem Beispiel über den mit
Abwärme aus dem Vorwärmer 1 beheizten Trockner 9 vorgetrock
net, 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 Calcinator 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 Ab
scheidung 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 aus
getragen.
Es hängt mit von der thermischen Behandlung des Abfalls im
Schwelofen ab, wie die Rückstände am vorteilhaftesten weiter
verarbeitet werden. Bei einer reinen Verschwelung durch die
kaum noch Sauerstoff enthaltenden Ofengase 13 kann der Rück
stand noch so viel Brennbares enthalten, daß er beispielsweise
bei 30 ausgeschleust und zusammen mit hochwertigem Brennstoff,
beispielsweise Kohlestaub, über den Brenner 21 dem Drehrohr
ofen 4 aufgegeben wird.
Besonders bei einer Teilverbrennung des Abfalls ist es sinn
voll, die homogenen, festen, überwiegend mineralischen Rück
stände über die Leitung 22 direkt in den heißen Bereich des
Vorwärmers beziehungsweise des Calcinators 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 darüber hinaus 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 ent
fernt werden, was eine Verdünnung der im Kreislauf befind
lichen und für die Klinkerherstellung unerwünschten, bei Ab
kühlung am Rohmehl wieder kondensierenden Stoffe zur Folge
hat. Bei der Verwertung großer Abfallmengen muß auf die Unter
brechung beziehungsweise Verminderung einer solchen Kreislauf
bildung verstärkt geachtet werden. Die Weiterbehandlung des
bei 26 abgezogenen Gases - im wesentlichen eine Kühlung und
Enstaubung - 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 Ki
logramm Hausmüll pro 1 Kilogramm Klinker entsorgt werden. Die
Menge hochwertigen Brennstoffs zur Erzeugung von 1 Kilogramm
Klinker dürfte bis 1200 kJ (300 kcal) erniedrigt werden können, weil das
Heißgas aus dem Schwelofen zur vollen Deckung des Wärmebedarfs
des Vorwärmers ausreichen kann, und darüber hinaus die Pyro
lyserückstände zumindest zum Teil in der Flammenzone des Dreh
rohrofens 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
eingeleitet, wo noch mindestens 800°C herrschen. Dadurch wer
den alle geruchsbelästigenden Stoffe aus der Abfalltrocknung
zerstört.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine wesentliche
Änderung und Erweiterung konventioneller Anlagen zur Her
stellung von Bindemitteln, denn die zusätzlichen Gase aus der
Abfallverwertung sind kein Ballast sondern Brennstoff.
Im Blockschaltbild ist der Schwelofen 11 als eine im Gegen
strom betriebene Drehtrommel gezeigt. Der Einsatz einer
Gleichstromtrommel oder eine andere Ofenart ist jedoch eben
falls möglich.
Claims (14)
1. Verfahren zur Verwertung heizwerthaltiger Abfallstoffe,
insbesondere von Haus- und Industriemüll, in Verbindung
mit der Wärmebehandlung von feinkörnigen, minderalischen
Stoffen zur Herstellung von Bindemitteln, insbesondere von
Zementklinker, durch Vorwärmung und Calcination 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 aus
geschleust wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
die Pyrolyse der Abfallstoffe heiße Abluft aus der Klin
kerkühlung in den Schwelofen geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
die Pyrolyse der Abfallstoffe Ofengase aus dem Drehrohr
ofen in den Schwelofen geleitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die homogenisierten Pyrolyserückstände
in der Flammenzone des Drehrohrofens aufgegeben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die homogenisierten Pyrolyserückstände
im heißen Bereich des Vorwärmers, insbesondere im Calcina
tor, aufgegeben werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, da die Abfallstoffe vor der Pyrolyse vor
getrocknet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Vortrocknung der Abfallstoffe Abgas aus dem Vorwärmer ein
gesetzt 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 ge
kennzeichnet, daß die Pyrolyserückstände vor der Homogeni
sierung zerkleinert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Pyrolyserückstände vor der Homogeni
sierung einer magnetischen Abscheidung unterzogen werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß grobe Bestandteile der Pyrolyserück
stände vor der Homogeniserung abgesiebt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß für die Verbrennung im Drehrohrofen an
stelle 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 Klinker
kühler und einem Schwelofen zur Pyrolyse von Abfallstof
fen, mit Einrichtungen zur Übertragung von Wärme aus dem
Klinkerbrennprozeß auf die Abfallstoffe im Schwelofen so
wie zum Einleiten von Pyrolysegasen aus dem Schwelofen in
den Vorwärmer, insbesondere in den Calcinator des
Vorwärmers und von Pyrolyserückständen aus dem Schwelofen
in den Vorwärmer oder Drehrohrofen, dadurch gekennzeich
net, 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.
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