DE3605784A1 - Verfahren zur entsorgung von abfaellen, insbesondere hausmuell - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung von Abfällen, insbesondere von Hausmüll und hausmüllähnlichen Abfällen aus Industrie und Gewerbe, wobei der Abfall in mindestens zwei Fraktionen getrennt und eine dabei erzeugte heizwertreiche Fraktion verbrannt wird.

Ein solches Verfahren ist in einem 1985 erschienenen, gemeinsamen Faltblatt (1 059 028 502) der Firmen Mannesmann Anlagenbau AG und Martin GmbH unter dem Titel ′Verbrennung von aufbereitetem Müll′ beschrieben. Müll wird durch bekannte Verfahren aufbereitet und dabei eine relativ heizwertreiche und schadstoffarme Fraktion des Mülls erzeugt, die einer Müllverbrennungsanlage zur Erzeugung von Dampf, bzw. von Strom und/oder Fernwärme zugeführt wird.

Bei dem genannten Verfahren wird Müll derart zerkleinert und getrennt, daß aus dem Ausgangsstoff (Rohmüll) mit einem Brennwert zwischen 1500 und 2600 kcal/kg drei Fraktionen erzeugt werden, nämlich ein vermarktbarer Fe-Schrott, ein relativ schadstoffhaltiger Reststoff, der üblicherweise einer Deponie zuzuführen ist und die heizwertreiche Müllfraktion, die in einem Rostofen verbrannt wird. Die heizwertreiche Müllfraktion macht 45 Gew% des Rohmülls aus und enthält 75% der Energie des Rohmülls; ihr Brennwert beträgt 3100 bis 4100 kcal/kg.

Gegenüber den bekannten Verfahren der Verbrennung des Gesamtmülls (Rohmülls) hat dieses Verfahren der Aufbereitung und Verbrennung des Mülls folgende Vorteile:

• - bessere Vermarktbarkeit des Fe-Schrotts;
• - konstantere Feuerung und somit Vermeidung von Schwelnestern und Überhitzungen;
• - geringerer Investitionsbedarf;
• - Ermöglichung einer Dezentralisierung der Aufbereitung und somit Einsparung von Transportkosten;
• - geringfügig besserer energetischer Wirkungsgrad.

Bei genanntem Verfahren findet jedoch die Verbrennung bei relativ hohem Luftüberschuß und geringer Temperatur statt. Durch den hohen Luftüberschuß entsteht eine relativ große spezifische Abgasmenge. Das bedingt, daß die Feuerungsanlage und - in Gasrichtung gesehen - die ihr nachgeschalteten Einrichtungen, insbesondere die investitionsintensive Rauchgaswasch- und Entstaubungsanlage relativ groß ausgelegt werden müssen. Große Abgasmengen bewirken ferner einen relativ schlechten energetischen Wirkungsgrad. Wegen der relativ geringen Verbrennungstemperatur - sie ist in Hinblick auf den Einsatz einer Rostfeuerung unterhalb etwa 1000°C zu halten - kann, nach derzeitigem Wissensstand, die Entstehung von toxischen organischen Verbindungen, insbesondere die eventuelle Entstehung von polychlorierten Dibenzodioxinen (PCDD) und/oder polychlorierten Dibenzofuranen (PCDF) nicht vollständig ausgeschlossen werden. Die Temperatur ist vor allem nicht ausreichend hoch um, eventuell im Müll vorhandene, Verbindungen der genannten Art schnell genug zu zersetzen. Die relativ niedrige Verbrennungstemperatur hat schließlich zur Folge, daß nur ein Teil der Schwermetalle verflüchtigt wird, so daß eine teils noch schwermetallhaltige Schlacke entsteht, deren Verwertbarkeit begrenzt ist.

Schließlich ist nachteilhaft beim genannten Verfahren, daß etwa 50 Gew.% des Rohmülls als Restmüll anderweitig entsorgt, z. B. deponiert werden muss und dieser Reststoff noch etwa 25% der Rohmüllenergie enthält, die ungenutzt bleibt.

Mit der Erfindung soll insbesondere ein Verfahren der letztgenannten Art verbessert werden, d. h. es soll ein umweltverträgliches Verfahren zur Entsorgung von Abfällen durch Fraktionstrennung und Verbrennung einer Teilfraktion des Abfalls zur Verfügung gestellt werden, bei dem die Energie des Rohmülls besser genutzt wird und bei dem die Verbrennung der Abfallfraktion spezifisch relativ kleine Abgasmengen verursacht. Darüber hinaus soll die bei der Verbrennung anfallende Asche weitgehend laugungsresistent sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß der Abfall so getrennt wird, daß die zu verbrennende heizwertreiche Fraktion des Abfalls einen Brennwert zwischen 2400 und 4300 kcal/kg annimmt und daß diese Fraktion bei mindestens 1100°C, vorzugshalber mindestens 1200°C verbrannt wird.

Durch Herstellung eines relativ heizwertreichen Abfallproduktes mit einem Brennwert zwischen 2400 und 4300 kcal/ kg, ist dessen Verbrennung bei Temperaturen oberhalb 1100°C bzw. oberhalb 1200°C auch ohne Luftformung bzw. Zusatzheizung möglich solange

• - der Luftüberschuß nicht zu hoch gehalten wird,
• - die Verbrennung in einer Einrichtung durchgeführt wird, in der der Luftdurchsatz nicht durch die Bildung von Schmelzen, die bei der hohen Brenntemperatur entstehen können, verhindert wird,
• - die Verbrennungswärme weitestgehend zunächst auf die Rauchgase der Verbrennung übertragen wird und solange
• - die Verbrennung bei einer guten Durchwirbelung der zu verbrennenden Müllfraktion (MF) und der Brennluft durchgeführt wird.

Geht man beispielsweise von einem Wärmeverlust - bestehend aus Wandwärmeverlust der Verbrennungseinrichtung, der Schmelzwärme und der fühlbaren Wärme der Verbrennungsasche - von 300 kcal/kg MF und einem Brennwert von 2600 kcal/kg MF aus, so beträgt die fühlbare Wärme der Verbrennungsabgase (Rauchgase) 2300 kcal/kg MF. Bei einer Luftverhältniszahl n = 1,3 ist mit einer Rauchgasmenge von etwa 5,1 Nm³/kg MF zu rechnen.

Daraus ergibt sich bei einer spezifischen Wärme des Rauchgases von 0,395 kcal/Nm³°C eine Temperatur des Abgases von

Das Beispiel zeigt, daß bei der Verbrennung einer heizwertreichen Müllfraktion, Rauchgas im Temperaturbereich oberhalb 1100°C erzeugt werden kann, ohne daß eine Verbrennungsluftvorwärmung oder gar eine Zusatzfeuerung mit konventionellem Brennstoff erforderlich ist, selbst dann wenn eine relativ heizwertarme Müllfraktion eingesetzt wird, solange die oben angeführten Bedingungen eingehalten, insbesondere die Luftüberschüsse relativ gering gehalten werden.

Durch die Erfindung wird es möglich die Potentiale der Müllaufbereitung für die Verbrennung in bisher ungeahnter Weise zu verwerten: der, im Vergleich zum Rohmüll, erhöhte Brennwert der Müllfraktion wird genutzt um die Abfallverbrennung bei höherer Temperatur durchzuführen. Dadurch kann die Zersetzung von toxischen organischen Verbindungen insb. von PCDD und PCDF sichergestellt werden. Bei der hohen Brenntemperatur wird ferner die Müllasche, zumindest partiell aufgeschmolzen, so daß eine relativ homogene und besonders laugungsresistente Schlacke entsteht. Schließlich trägt die Erhöhung der Verbrennungstemperatur zur Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades einer Müllverbrennungsanlage bei.

Der Einsatz einer aufgerissenen, zerkleinerten und gegebenenfalls vorgetrockneten Müllfraktion ermöglicht eine, im Vergleich zu Rohmüll leichtere Zündung, einen schnelleren Ausbrand und eine bessere Durchwirbelung. Das hat zur Folge, daß die Verbrennung des aufbereiteten Mülls, im Vergleich zu der des Rohmülls, eines wesentlich geringeren Luftüberschusses bedarf. Entsprechend geringer sind die Rauchgasmengen, so daß die Müllverbrennungseinrichtung, vor allem aber auch die investitionsaufwendige Rauchgasreinigung kleiner und somit kostengünstiger ausgelegt werden kann. Ferner wird die Verbrennungstemperatur durch Senkung der Luftüberschußmenge erhöht, was die bereits oben angeführten Vorteile zur Folge hat.

Schließlich ist mit der Erfindung die Möglichkeit zur Optimierung der Müllaufbereitungsart gegeben: dem obigen Zahlenbeispiel entsprechend, kann bereits eine Müllfraktion mit einem Brennwert von 2600 kcal/kg bei nahezu optimaler Temperatur gebrannt werden, solange die oben genannten Bedingungen eingehalten, insb. die Luftüberschüsse gering gehalten werden. Dadurch wird es möglich die Aufbereitung derart auszurichten, daß ein relativ großer Anteil des Rohmüllaufkommens, beispielsweise etwa 70 Gew.%, der Verbrennung zugeführt wird, bzw. nur ein geringer Teil, beispielsweise 25 Gew.% des Rohmüllaufkommens, zu deponieren ist (im Beispiel werden 5% des Rohmüllaufkommens als Fe-Schrott abgeführt). Die Rohmüllenergie wird zu über 90% für die Verbrennung genutzt.

Das Mengenverhältnis der Müllfraktionen kann, in Abhängigkeit der Eigenschaften des Müllaufkommens, variiert werden. Bei relativ feuchtem Müll wird man beispielsweise bestrebt sein der Verbrennungsanlage relativ wenig Müllfraktion, relativ hohen Heizwertes zuzuführen, um eventuellen, durch die Feuchtigkeit bedingte Zünd-, Durchwirbelungs- und/oder Ausbrandschwierigkeiten entgegenzuwirken. Wird hingegen beispielsweise die Abfallverbrennung mit vorgewärmter Luft, beispielsweise durch indirekten Wärmetausch mit den Verbrennungsabgasen, oder mit einer mit Sauerstoff angereicherten Brennluft durchgeführt, so kann eine relativ heizwertarme Müllfraktion bedenkenlos zum Einsatz kommen und somit sowohl die Müllmenge, die zur Verbrennung geführt wird und der Nutzungsgrad der Rohmüllmenge maximiert werden.

Im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren erlaubt das Verfahren nach der Erfindung große Flexibilität im Hinblick auf die Anlagenausgestaltung und den Betrieb solcher Anlagen. Zur Optimierung der Brennbedingungen können Heizwert, Korngröße, Gewicht, Feuchtigkeit, Auflockerungsgrad etc. der heizwertreichen Müllfraktion, allerdings nicht ganz unabhängig voneinander, durch Auswahl der Aufbereitungseinrichtungen als auch durch Einstellung derselben, variiert werden. Viele Abfallaufbereitungstechniken, bzw. deren Möglichkeiten und Grenzen sind heute bekannt (siehe z. B. Thomè - Kosmiensky, K. S.: Materialrecycling durch Abfallaufbereitung; E. Freitag Verlag für Umwelttechnik, Berlin, 1983), so daß die Auswahl der Maschineneinrichtungen der Aufbereitungsanlagen und die Einstellung derselben, in Hinblick auf eine Optimierung der Gesamtanlage, im Ermessen des Fachmannes liegt.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor die Abfallaufbereitung so auszurichten, daß die zu verbrennende heizwertreiche Fraktion des Abfalls einen Brennwert von 2600-3100 kcal/kag annnimmt. Wie bereits weiter oben gezeigt werden konnte, ist es möglich und sinnvoll eine Müllfraktion mit Brennwerten zwischen 2600 und 3100 kcal/kg zu verbrennen, ein Merkmal welches das erfindungsgemäße Verfahren von bekannten Verfahren, die üblicherweise von einer Maximierung des Brennwertes ausgehen, zusätzlich unterscheidet. Durch die Aufbereitung und Verbrennung einer Müllfraktion niedrigeren Heizwertes als in bisher bekannten Verfahren üblich, wird der Nutzungsgrad der Rohmüllenergie gesteigert. Darüber hinaus kann das Aufbereitungsverfahren einfacher und somit kostengünstiger ausgerichtet werden.

Entsprechend dem Stand der Technik wird die Verbrennung von aufbereitetem Müll ausschließlich in Rostöfen durchgeführt. Rostöfen können jedoch nicht für Verbrennungen im Temperaturbereich oberhalb 1100°C eingesetzt werden. Schmelzenphasenbildungen der Asche würden die Roste verstopfen und somit die Luftzufuhr unterbinden. Wie bereits weiter oben gezeigt werden konnte, sind die erfindungsgemäßen Verbesserungen jedoch nur dann ausführbar, bzw. können die potentiellen Vorteile einer, der Verbrennung vorgeschalteten, Müllaufbereitung nur dann ausreichend genutzt werden, wenn die Verbrennung oberhalb etwa 1100°C, vorzugshalber oberhalb 1200°C stattfindet. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß folglich eine andere Verbrennungseinrichtung als ein Rostofen zur Anwendung kommen.

Bei einer relativ fein aufbereiteten und trockenen Müllfraktion, relativ geringen Aschegehaltes bietet sich der Ausbrand in freiem Flug an, derart daß die heizwertreiche Abfallfraktion Mittels Luft oder Mittels mit Sauerstoff angereicherter Luft über einen Brenner in einen Feuerraum geführt wird. Bei der Ausrichtung des Feuerraumes ist darauf zu achten, daß die Ascheteilchen des Flugausbrandes eine Abkühlung erfahren bevor sie an Wandungen, bzw. Austragseinrichtungen des Feuerraumes gelangen, da sie im Flugraum zumindest teilweise geschmolzen werden, so daß, zur Vermeidung der Ansatzbildung, die Kristallisation bzw. Glasbildung dieser Teilchen, vor ihrem Zusammentreffen mit den Einrichtungen, erforderlich ist.

Kommt man mit einer relativ groben Müllzerkleinerung aus und/oder hat die zu verbrennende Müllfraktion relativ hohe Feuchtigkeiten, bzw. Aschegehalte, so wird der Verbrennung in einem Drehofen der Vorzug zu geben sein. Drehöfen lassen sich gut für die Verbrennung bei hohen Temperaturen einsetzen. Eine gute Durchwirbelung von Müll und Luft kann durch eine erhöhte Rotationsgeschwindigkeit des Drehofens, durch Einbauten von Hubelementen in denselben und/oder durch gezieltes Einführen der Brennluft und der Müllfraktion, gegebenenfalls an verschiedenen Stellen und mit verschiedenen Winkelstellungen, erreicht werden. Die Asche kann flüssig abgezogen und in einem Wasserbad abgekühlt werden. Dadurch wird eine relativ homogene und laugungsresistente Schlacke erzeugt, die als Baustoff oder zur Erzeugung von Baustoffen verwertet werden kann.

Der vorteilhafte Einsatz von Drehöfen zur Verbrennung von Sondermüll, insbesondere bei Einsatz relativ homogener Abfallprodukte, wie sie bei einer vorherigen Aufbereitung anfallen, sind hinreichend bekannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt in optimaler Weise die eingangs gestellte Aufgabe. Darüber hinaus kann das Verfahren in betrieblich unkomplizierten Anlagen durchgeführt werden, die im wesentlichen aus bekannten und bewährten Einzeleinrichtungen bestehen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Entsorgung von Abfällen, insbesondere von Hausmüll und hausmüllähnlichen Abfällen aus Industrie und Gewerbe, wobei der Abfall in mindestens zwei Fraktionen getrennt und eine dabei erzeugte heizwertreiche Fraktion verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall so getrennt wird, daß die heizwertreiche Fraktion einen Brennwert zwischen 2400 und 4300 kcal/kg annimmt und daß diese Fraktion bei mindestens 1100°C, vorzugshalber mindestens 1200°C, verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall so getrennt wird, daß die heizwertreiche Fraktion des Abfalls einen Brennwert zwischen 2600 und 3100 kcal/kg annimmt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die heizwertreiche Abfallfraktion mittels Luft oder mittels mit Sauerstoff angereicherter Luft über Brenner in einen Feuerraum geführt wird, derart daß der Ausbrand während des Fluges der Abfallfraktion im freien Raum erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die heizwertreiche Abfallfraktion in einem Drehofen gebrannt und die Verbrennungsasche schmelzförmig aus dem Ofen ausgetragen wird.