DE3838750A1

DE3838750A1 - Verfahren zur einaescherung von aus abfaellen stammendem brennstoff in einem brenner zur zementklinkerherstellung

Info

Publication number: DE3838750A1
Application number: DE3838750A
Authority: DE
Inventors: Luigi Sabbato; Bruno Caravaggi; Oscar Ortali
Original assignee: Enichem Anic SpA
Current assignee: Enichem Anic SpA
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1989-06-08
Also published as: IT1226691B; AT394710B; FR2623878B1; IT8722786A0; ATA280388A; DE3838750C2; FR2623878A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ein äscherung von aus Abfällen stammenden Brennstoff und zu dessen gleichzeitiger Verwendung als Hilfsbrennstoff neben herkömmlichen Brennstoffen (Kohle, Öl usw.) bei der Zement klinkerherstellung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine oder mehrere hierzu geeignete Einrichtungen.Es ist wohl bekannt, daß die unkontrollierte Abladung der Massen fester Abfälle auf das Gelände und auf die Ufer von Wasserläufen eine starke Versäuchung des Bodens mit sich gebracht hat und nach wie vor mit sich bringt und das technisch-soziologische und wirtschaftliche Problem der Sammlung und Beseitigung der Abfälle steht hinsichtlich seiner Schwerwiegigkeit bereits Seite an Seite mit jenem der Sanierung der Gewässer und der Reinigung der Luft.

Die derzeit angewandten technischen Lösungen zur Vermeidung bzw. zumindest Herabsetzung der Nachteile und Gefahren der unbefugten Ausladungen sind folgende: kontrollierte Ausla dung, Wärmezerstörung mit und ohne Wärmerückgewinnung, Kom postierung, Kompostierung mit Erzeugung von aus den Abfällen stammenden Brennstoff. Eine, grundsätzlich nicht neue, je doch erst seit wenigen Jahren auf industrieller Basis aus geführte integrierende Operation besteht in der Rückführung, d.h. in der Wiedergewinnung und Wiederverwertung der noch verwendbaren Materialien.

Auch wenn das am meisten verbreitete Beseitigungsverfahren jenes der kontrollierten Ausladung ist, wird nicht selten zur Einäscherung und Rückführung gegriffen, letztere auch im Lichte der enormen Potentialität der Vergeudungsherabsetzung.

Die Wärmezerstörung der rohen Abfälle nützt wieder die Brennstoffeigenschaften eines Teils der Abfälle aus, wobei letztere in inerte feste Rückstände (Asche und Schlacken), die ein geringeres Volumen (bis zu 20%) des ursprünglichen einnehmen, sowie in gasförmige Rückstände (Verbrennungsgase) verwandelt werden. Letztere nehmen Gas und Staub mit sich und müssen ihrerseits gereinigt werden, bevor sie in die At mosphäre abgegeben werden.

Die Einäscherungsanlagen bestehen somit im wesentlichen aus dem Einäscherungsofen und den diesbezüglichen Zusatzeinrich tungen (Abfallsammelgrube), Belade- und Entladeeinrich tungen, Schlackenlöscheinrichtungen) sowie aus den Rauch reinigungseinrichtungen (Elektrofilter, Waschtürme usw.), deren Kosten bei kleinen und mittleren Anlagen in der glei chen Größenordnung wie jene der Öfen liegen. Derzeit be steht eines der Probleme der Wärmezerstörungsanlagen darin, die Vorurteile zu beseitigen, welche ihren Ursprung in der Ungeeignetheit der bisherigen Einäscherungsanlagen haben.

Die Kompostierung verwirklicht die Trennung und die Wieder gewinnung der in den festen städtischen Abfallprodukten ent haltenen organischen Stoffe und der Umwandlung über aerobi sche Prozesse in ein stabilisiertes und hygienisches Pro dukt, welches im Boden zur Integration dessen Gehaltes an organischen Stoffen verwendet wird. Was von den Abfällen übrig bleibt, stellt den unentgeltlichen Bestandteil (Pa pier, Fasern, Kunststoff, Holz usw.) dar. In einer Anlage zur alleinigen Kompostierung stellt die Halde einen inte grierenden Anlagenteil dar, da in ihr die unentgeltlichen Bestandteile abgelagert werden.

Ein Spezialfall der Kompostierung ist jener, der die Her stellung von aus den Abfällen stammenden Brennstoff gestat tet. Dies wird praktisch in einer Anlage der gleichen Art jener für die Kompostierung verwirklicht, wobei die unent geltlichen Bestandteile einer folgenden Auswahl (in Metalle, Glas usw.), einer Mahlbearbeitung, einer Homogenisierung usw. unterworfen werden, deren Endprodukt mit einem unteren Heizwert um 4000 Kcal/kg als aus den Abfällen stammender Brennstoff (RdF = Refuse derived Fuel) bezeichnet wird.

Es wurde nun gefunden, daß eine ausgezeichnete Rückgewin nung des Wärmegehaltes dann möglich ist, wenn dieser aus den Abfällen stammende Brennstoff als Hilfsbrennstoffmaterial in Zementklinkeröfen verwendet wird, wobei das nachfolgend er läuterte Verfahren und die ebenfalls nachfolgend erläuterte Reihe von Einrichtungen zur Anwendung gebracht werden.

Zement wird bekanntlich ausgehend von Agglomeraten von Roh materialien, insbesondere Kalkstein oder Ton, erhalten, wel che mittels verschiedener Systeme aus dem Steinbruch extra hiert werden und welche anschließend in ein, Klinker ge nanntes Produkt verwandelt werden, das zusammen mit anderen Bestandteilen zu verschiedenen Zementarten führt. Klinker unterscheiden sich in natürliche und künstliche, je nachdem ob sie aus Materialien (Mergel) erhalten werden, welche die nötigen Bestandteile bereits in geeigneten Verhältnissen enthalten, oder ob sie aus künstlich zubereiteten Mischungen erhalten werden. Die Klinkerherstellung erfolgt in zwei grundsätzlichen Schritten: die Zubereitung der Rohmischung (Brechen, Mischen, Homogenisieren) und das Brennen der Mi schung bis zu einer Temperatur von etwa 1450°C, welches Brennen gewöhnlich in großen Drehöfen durchgeführt wird. Die Zementherstellung ist das Ergebnis eines darauffolgenden Arbeitsganges, der in der Mischung in vorbestimmten Verhält nissen des (abgekühlten) Klinkers und der anderen Bestand teile (je nach Art des Endproduktes) besteht, sowie in der Mischung dieses neuen Gemisches bis zum Erhalt eines sehr feinen, homogenen Pulvers.

Die Zementherstellung ist gewöhnlich in Abhängigkeit vom Be darf in bestimmte Werke verteilt, wobei zu bemerken ist, daß die Verfügbarkeit der Rohmaterialien einen geringen Einfluß besitzt, während die Einrichtung eines modernen Zementwerkes einerseits die Verfügbarkeit großer Anfangsin vestierungen und anderseits das Vorhandensein geeigneter En ergiequellen erfordert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist wohl nur auf die Phase der Klinkerbildung beschränkt, doch gestattet es die Aus nutzung einer lohnenden Energiequelle (wobei es gleichzeitig das mit der Beseitigung der Abfälle verbundene Problem löst, wie bereits oben erwähnt).

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfah ren zur Einäscherung von Abfällen, insbesondere von festen Abfällen, wobei die Einäscherung in einem Brenner besonderer Konstruktion ausgeführt wird, welcher seinerseits einen zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.

In seiner Gesamtheit ist das Verfahren nicht als auf die Verbrennungsphase allein beschränkt aufzufassen, sondern dieselbe ist in Abhängigkeit von sämtlichen vorhergehenden Schritten zu betrachten, die insgesamt die Natur der Erfin dung bilden.

Erfindungsgemäß wird der aus Abfällen stammende Brennstoff (RdF) somit in einem Brenner eines Ofens zur Klinkerherstel lung für Zement eingeäschert, in welchem er die Funktion eines Hilfsbrennstoffes neben den herkömmlichen Brennstoffen besitzt.

In seiner Gesamtheit sieht das Verfahren die Lagerung der Masse von Abfällen, die Dosierung und den Transport dersel ben zum Brenner und die eigentliche Einäscherung vor: der aus den Abfällen stammende Brennstoff wird in einen Kasten mit beweglichem Boden geladen, unter der Mitwirkung von fließfähig machenden Haspeln zu einer Wiegedosiereinrich tung übergeführt, von welcher er mittels einer pneumatischen Transporteinrichtung unter der Kontrolle einer Drehzelle dem Brenner zugeführt wird, wobei die Drehzelle die Abdichtung und die konstante Verteilung des Materials sicherstellt.

In großen Zügen umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren somit die Lagerung der Masse der Abfälle, die Dosierung und den Transport derselben zum Brenner, die eigentliche Ein äscherung, wobei das Verfahren in einer Anlage mit kompaktem Aufbau ausgeführt wird, die völlig automatisiert ist und ortsfest oder beweglich sein kann. Nachdem der Lagerkasten bei kontinuierlichem Betrieb von oben und bei aussetzendem Betrieb auch von hinten gespeist werden muß, kann die An lage sowohl teilweise versenkt, als auch vollständig frei auf dem Boden aufgestellt werden.

Die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden durch die Be messung der Anlage, die natürlich von der geforderten Lei stungsfähigkeit und von den chemisch-physikalischen Eigen schaften des zu verbrennenden Materials abhängt, noch umso weniger durch die Anordnung der Anlage eingeschränkt, für die naturgemäß ein geschützter Ort ratsam ist, um die ne gativen Witterungseinflüsse z.B. des Regens bzw. Windes auszuschalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in einer Anlage ausgeführt werden, die in Fig. 1 der Zeichnung schema tisch dargestellt ist.

Es versteht sich jedoch, daß andere graphische Darstellun gen bzw. andere praktische Lösungen ohne weiteres denkbar sind, die sämtliche als unter den Schutzbereich der vorlie genden Erfindung fallend anzusehen sind, so daß das Schema, auf welches nachfolgend Bezug genommen wird, nur beispiels haften Charakter besitzt.

Mit 1 ist in der Figur der Beladegreifer bezeichnet, 2 ist der Zufuhrkasten, 3 die Reihe der fließfähig machenden Haspeln, 4 die Wiegedosiereinrichtung, 5 die Drehzelle, 6 der Verdichter, 7 die Zufuhrleitung, 8 der Brenner, 9 der Ofen, 10 die Pumpengruppe, 11 der Ölbehälter und 12 das Ölfilter.

Wie erwähnt, sieht das Verfahren eine Reihe von Operationen vor und wird gänzlich mittels elektronischer Einrichtungen geregelt, welche eine zentrale und ständige Kontrolle des gesamten Produktionskreislaufes gestatten, wobei die ge nannten Operationen, auch unter Bezugnahme auf das Schema der Fig. 1, wie folgt zusammengefaßt werden können:

- Lagerung und Abförderung
- Wiegedosierung
- pneumatischer Transport
- Einäscherung.

Die Lagerung und Abförderung werden in einer Zone ausge führt, die im wesentlichen aus einem prismatischen Trichter besteht, dessen Abmessungen und mechanischen Kennzeichen von der Natur des zu behandelnden Materials abhängen und der in einer geeigneten Stahlbaustruktur gelagert ist, welche eben falls in Abhängigkeit von der gewünschten Anlageart konstru iert ist, die wie gesagt ortsfest oder beweglich sein kann.

Der Trichterboden besteht aus einer aus Spundelementen, vor zugsweise aus Aluminium, zusammengesetzten beweglichen Plat te, welche Spundelemente gegeneinander beweglich sind und gemäß einem, zweckmäßig durch elektronische Einrichtungen kontrollierten logischen Zyklus den Vorschub oder die Rück gewinnung des Materials gestatten. Die automatisierte Steue rung gestattet somit je nach Bedarf den Vorschub bzw. das allmähliche Setzen des Materials in Richtung der Dosierein richtung.

An der Materialaustragstelle des Kastens sind in Reihe Haspeln zum Entkörnen und zum Fließfähigmachen angeordnet, welche eine konstante Speisung des Abfuhrtrichters gestat ten. Die Steuerung der Haspeln kann unabhängig sein oder nicht, wobei die Befestigung mittels Langlöchern erfolgt, um die gewünschte Positionierung zu ermöglichen.

Die allmähliche Dosierung erfolgt mittels eines Be-/Entlade trichters des Lagerkastens, mit unterschiedlicher Neigung, der die Speisung der Wiegedosiereinrichtung 4 in Fig. 1 ohne Stauung gestattet, welche ein Band auf elektronischen Last zellen umfaßt, die eine kontinuierliche Präzisionsdosierung des behandelten Materials gestatten.

Als Lager- und Zufuhrkasten kann vorteilhafterweise der in der italienischen Patentanmeldung Nr. 18 126 A/85 (auf welche wegen Einzelheiten verwiesen wird) beschriebene Kasten mit beweglichem Boden verwendet werden, doch ist jede andere praktische Lösung ebensogut möglich, sofern nur der Dosier trichter 4 derart gesteuert wird, daß der Materialfluß entsprechend den Erfordernissen des Arbeitsablaufes Abfall beseitigung/Klinkererzeugung automatisiert werden kann.

Mittels des Verdichters 6 wird das Material durch die Lei tung 7 dem Brenner zugeführt. Die Drehzelle 5 hat die Auf gabe, die Abdichtung und die konstante Materialverteilung sicherzustellen, wobei in Betracht zu ziehen ist, daß die Bemessung des Verdichters, der Drehzelle und der Transport leitung von der Leistungsfähigkeit der Anlage, den physika lischen Eigenschaften des Materials und vom layout der Transportleitung abhängen und wobei es ratsam ist, daß die Transportgeschwindigkeit innerhalb der Grenzen von 18-27 m/sek verbleibt.

Das somit zweckmäßig dosierte Material wird dem Klinker brenner zugeführt.

Auch diesbezüglich versteht es sich, daß die Brennerabmes sungen in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des zu verbrennenden Materials (spezifisches Gewicht, Stück größe, Feuchtigkeit, Zündpunkt, unterer Heizwert, prozen tueller Anteil an flüchtigen Stoffen usw.) und/oder von den Betriebskennzeichen und -Bedingungen des Verbrennungsraumes, bzw. in Abhängigkeit von der gesamten konstruktiven Form des Ofens zur Klinkerherstellung gewählt werden können.

Der konstruktive Aufbau muß derart sein, daß die größte Lebensdauer gewährleistet wird. Die Austrittsgeschwindigkeit des Luft-Brennstoff-Gemisches aus dem Brenner ändert sich in Abhängigkeit von obigen Parametern, liegt aber jedenfalls zwischen 30 und 60 m/sek.

Die Baumaterialien haben die Verwendung von hitzefesten Stählen vorzusehen. Der Brenner ist vor Verformungen zufolge Strahlungswärme mittels hitzefester Werkstoffe, die den ho hen Temperaturen standhalten, zu schützen.

Die Anordnung des Brenners dieser festen stückigen Materia lien in bezug auf den Brenner des Trägerbrennstoffes kann konzentrisch, übereinanderliegend oder peripherisch zu die sem sein. Es ergibt sich somit ein Brenner zusammengesetzter Bauweise mit Einlaß, auf welchen der alternative Brenner der anderen herkömmlichen festen oder flüssigen Brennstoffe folgt. Die günstigste Anordnung wird bei Kenntnis der Bau form des Verbrennungsraumes und des Prozesses, in den der Brenner eingeschaltet ist, definiert.

Unter Beachtung der oben erwähnten Bedingungen und voraus gesetzt, daß jede Über- oder Unterdimensionierung des nachfolgend beschriebenen Brenners keine außerhalb der Erfindung liegende Lösung liefert, stellt der Brenner einen zweiten Gegenstand der Erfindung dar, der in einen Ofen zur Klinkerherstellung eingebaut die Ausnutzung der Energie ge stattet, die von der Verbrennung von festen Abfällen her rührt, um die Klinker zu erzeugen.

Dieser Brenner umfaßt die folgenden wesentlichen Abschnit te:

1) einen äußeren Ringraum, welcher den Durchtritt der axialen Primär-Verbrennungsluft gestattet;
2) einen mittleren Ringraum, der den Transport und das Einblasen der herkömmlichen festen Brennstoffe gestattet;
3) einen inneren Ringraum, der den Durchtritt der radialen Primär-Verbrennungsluft gestattet;
4) ein inneres Rohrgehäuse zur Aufnahme des Hauptbrenners des herkömmlichen flüssigen Brennstoffes.

Den herkömmlichen Brennern gegenüber weist dieser Brenner folgende Unterschiede und Vorteile auf:

1) große Flexibilität mit Möglichkeit, die Leistungs fähigkeit der Verbrennung von 10 bis 30×10⁶ Kcal/h zu ändern;
2) erhebliche Elastizität mit Möglichkeit, der Flamme stark unterschiedliche Lengen und Formen zu geben;
3) großer Verbrennungswirkungsgrad zufolge der Möglichkeit, die Durchflußmenge und den Druck der Primärluft zu ver ändern und der Flamme eine starke Dynamik zu erteilen;
4) Energiewirtschaftlichkeit, da der Brenner mit einer Min destmenge an Primärluft, d.h. 3-4% der gesamten Verbren nungsluft, arbeiten kann.

Rein beispielsweise wird entsprechend der obigen allgemeinen Definition eine Art von Brenner im einzelnen beschrieben, der mit aus Abfällen stammenden Brennstoff (RdF) gespeist wird.

Ofenart

- Klinkerproduktionsofen 3,30×3,0×3,30 m
- Naßverfahren
- Wärmewiedergewinner, Kreuzketten
- Klinkerabkühler : Planetarium
- Tagesproduktion: 400 t
- Wärmebelastung max. 30×10⁶ Kcal/h
- Trägerbrennstoff, Kohlenstaub
- Kennzeichen des Kohlenstaubes: unterer Heizwert 7300 Kcal/kg, flüchtige Stoffe 27%, Asche 7%.

Kennzeichen des aus den Abfällen stammenden Brennstoffes (RdF):

- Stückgröße\|≦40 mm
- spezifisches Gewicht	0,2-0,25 kg/cm³
- Feuchtigkeit	≦20%
- unterer Heizwert	3500-4500 Kcal/kg
- Asche	≦15%

Brenner:
- Leistungsfähigkeit	800 kg/h an RdF
- Transportluft	650 Nmc/h

Der Brenner besteht aus einem zentralen Rohr mit einem Durchmesser von 78 mm aus Stahl AISI 310 S=6, besonders widerstandsfähig gegen Abrieb und hohen Temperaturen gegen über.

Im Abstand von 360 mm vom Ende beginnt eine Durchmesserver kleinerung, welche in 160 mm den Innendurchmesser auf 65 mm bringt. Der letzte, 200 mm lange Abschnitt ist zylindrisch. Die genannte Durchmesserverkleinerung ist so bemessen, daß eine bessere Mischung von Luft und RdF erhalten wird, sowie zur Kontrolle der Einblasgeschwindigkeit, die 55-60 m/sek betragen soll.

Der besagte Brenner ist umhüllt von einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 102 mm, ebenfalls aus Stahl AISI 310 S = 6, um ihn gegen das Herabfallen des Klinkers und gegenüber der Temperatur zu schützen.

Der Mantel ist seinerseits durch eine hitzefeste Stampfmasse mit einer Dicke von 40 mm geschützt und ist mit Haken zur Verankerung am Rohrgehäuse des Hauptbrenners versehen; 0-4 mm, 30 mm, h Haken 20 mm aus Stahl AISI 310.

Die Haken und die mit Stampfmasse zu verkleidenden Ober flächen sind mit dickem Lack oder geschmolzenem Talg vor dem Guß zu bestreichen. Der nach der Zerstörung dieses Materi als beim Temperaturanstieg frei gelassene Raum gestattet die Wärmedehnung der Verkleidung.

Der Brenner wird oberhalb des Primärbrenners montiert, mit der Möglichkeit, seine Anordnung zu ändern, indem er um einen maximalen Winkel von 45° verschwenkt wird. Zu diesem Zweck ist die Durchtrittszone des Brenners im Ofenkopf zweckmäßig mit Langlöchern versehen.

Ein Normalbetrieb der Anlage zur Ausführung des erfindungs gemäßen Verfahrens sieht beispielsweise eine (aussetzende) Beladung des Lagertrichters mit Material vor: von diesem wird das Material durch die bewegliche Bodenplatte zur Wie gedosiereinrichtung übergeführt, welche die vorbestimmte Materialmenge der pneumatischen Transporteinrichtung zu führt.

Der am Ladetrichter der Wiegedosiereinrichtung angebrachte Niveaufühler gestattet eine konstante Beschickung, indem er auf die Bewegung der beweglichen Bodenplatte zur Entnahme des Materials aus dem Lagertrichter einwirkt. der an der Leitung des Luftverdichters angeordnete Druckwächter ver hütet eine Verstopfung der Transportleitung des Materials. Der Druck wirkt auf den Betrieb der Wiegedosiereinrichtung ein. Der am Ende der pneumatischen Transporteinrichtung vorgesehene Druckwächter dient dazu, etwaige verstopfte Abschnitte der Transportleitung aufzuzeigen.

Jede Art von Abfällen kann im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, wobei sich besondere Vorteile bei Verwen dung von festen Abfällen ergaben, die unter den folgenden ausgewählt waren: von Abfällen stammender Brennstoff (Refuse derived Fuel) mit unterschiedlicher Dichte oder Stückgröße, Sägemehl usw.

Claims

1. Verfahren zur Einäscherung von aus Abfällen stammenden Brennstoff in einem Brenner zur Zementklinkerherstellung, als Hilfsbrennstoff in Verbindung mit herkömmlichen Brenn stoffen, unter Lagerung der Abfallmasse, Dosierung und Transport der Abfälle zum Brenner und eigentlicher Einäsche rung, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial in einen Zufuhrkasten mit beweglichem Boden geladen, unter der Mitwirkung von fliessfähigmachenden Haspeln zu einer Wiege dosiereinrichtung überführt und von dieser dem Brenner mit tels einer pneumatischen Transporteinrichtung unter der Kon trolle einer Drehzelle zuführt wird, die die Abdichtung und kontinuierliche Verteilung des Materials sicherstellt.

2. Verfahren zur Einäscherung von aus Abfällen stammenden Brennstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einer Geschwindigkeit von 18-27 m/sek dem Bren ner zugeführt wird.

3. Verfahren zur Einäscherung von aus Abfällen stammenden Brennstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lagerung und Abförderung in einem prisma tischen Trichter durchgeführt wird, dessen Boden aus einer aus Spundelementen zusammengesetzten beweglichen Platte be steht.

4. Verfahren zur Einäscherung von aus Abfällen stammenden Brennstoff nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung und Abförderung unter Heranziehung eines Kastens mit beweglichem Boden, wie er in der italienischen Patentanmeldung 18 126 A/85 beschrieben ist, durchgeführt wird.

5. Brenner, der in der Lage ist, eine Ausgangsgeschwin digkeit des Luft-Brennstoff-Gemisches von 30-60 m/sek sicherzustellen und der in dem Verfahren nach den vorher gehenden Ansprüchen verwendbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Hauptabschnitte:

- äußerer Ringraum zum Durchtritt der axialen Primär-Ver brennungsluft,
- mittlerer Ringraum für den Transport und das Einblasen der herkömmlichen festen Brennstoffe,
- innerer Ringraum für den Durchtritt der radialen Primär- Verbrennungsluft,
- inneres Rohrgehäuse zur Aufnahme des Hauptbrenners des herkömmlichen flüssigen Brennstoffes.