DE4440504A1 - Verfahren und Einrichtung zur Überschußgasbehandlung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Überschußgasbehandlung

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DE4440504A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Entsorgung unterschiedlich zusammengesetzter Abfallmate­ rialien in einem koksbeheizten Schachtofen nach Hauptpatent P4317145.1. Bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Ent­ sorgung unterschiedlich zusammengesetzter Abfallmaterialien, insbesondere von lackiertem und kunststoffbehafteten und/oder mit Kunststoff und anderen organischen Verbindungen vermischtem eisenmetallischem und/oder nichteisenmetalli­ schem Schrott, bei dem mit geringem Anlagenaufwand und mit niedrigen Betriebskosten unter Einhaltung vorgegebener Um­ weltgrenzwerte organische und/oder anorganische Verbindungen enthaltende Abfallmaterialien verwertet werden, werden die in den Ofen eingebrachten Abfallmaterialien im oberen Schachtbereich getrocknet und/oder entgast und/oder vergast, die entstehenden staubhaltigen Ofengase als Kreislaufgas aus dem oberen Schachtbereich vollständig abgezogen, dann im Ofen im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone vollstän­ dig zugeführt und mit Sauerstoff verbrannt. Das mittels Sauerstoff durch die prozeßinternen Verbrennungs- und ther­ mochemischen metallurgischen Prozesse entstehende Überschuß­ gas tritt nach dem Durchströmen der glühenden Koks- und heißen Schüttsäule zwischen der Kreislaufgasabsaugöffnung im oberen Schachtbereich und der Schmelz- und Überhitzungszone im unteren Schachtbereich aus dem Ofen aus. Durch dieses Kreislaufgasprinzip wird die vollständige Wiederzuführung der Ent- und Vergasungsprodukte der Einsatzmaterialien in den Schachtofen gesichert, wobei durch die fühlbare Wärme des Kreislaufgases und die latente Wärme der unverbrannten Kreislaufgasbestandteile ein zusätzlicher Energieeintrag in die Schmelz- und Überhitzungszone erfolgt und durch die Wir­ kung der Boudouard- und heterogenen Wassergas-Reaktion die reduzierenden Verhältnisse im Ofenschacht, respektive in der aus dem Brennstoff Koks, dem aus den Ver- und Entgasungsre­ aktionen der organischen Einsatzmaterialbestandteilen stam­ menden Koksrückständen und den sonstigen metallischen und nichtmetallischen Einsatzstoffen aufgebauten Schüttsäule, verstärkt werden. Dadurch verringern sich die Abbrandver­ hältnisse der eisen- und nichteisenmetallischen Schüttungs­ komponenten. Alle organischen Verbindungen werden unter den in der Verbrennungszone herrschenden Temperaturen von über 2000°C vollständig aufgespalten und mit Sauerstoff zu CO, CO₂, H₂ und H₂O umgesetzt. Diese Gase und die ebenfalls aus den Einsatzstoffen stammenden und durch die Reaktionsbedin­ gungen gebildeten Spurengase wie Cl, F, N und S werden als Wasserstoff- oder Sauerstoff-Verbindungen durch die als Fil­ ter wirkende kokshaltige Schüttsäule als Überschußgas mit hoher Temperatur abgezogen und einer nachgeschalteten und durch eine Schockkühlung ergänzten Gaswirtschaft und -reini­ gungsanlage zugeführt, so daß eine Rückbildung von Dioxinen und Furanen verhindert wird. Nachteilig ist, daß die in der Konstruktion und dem Projekt zum Schmelzofen festgelegte Lage der Überschußgasaustrittsebene zwischen der Kreislauf­ gasabsaugebene im oberen Schachtbereich und der Schmelz- und Überhitzungszone des Ofens im unteren Schachtbereich den von den Einsatzstoffen und energetischen Verhältnissen abhängi­ gen Wärmeübertragungsbedingungen im Ofenschacht und den dar­ aus resultierenden unterschiedlichen Temperaturprofilen, die von unten nach oben sinkende Gastemperaturen bedingen, nicht bei allen Betriebszuständen Rechnung trägt.
Somit ist bei zu klein bemessenem Abstand zwischen Verbren­ nungszone und Überschußgasaustrittsebene und/oder zu niedri­ ger glühender Füllkokssäule, d. h. bei zu geringem Koksanteil in diesem Bereich des Ofenschachtes, die ausreichende Wir­ kung eines heißen Aktivkoksfilters nicht sicher gewährlei­ stet und die temperaturabhängige Rückbildung von organischen gasförmigen Schadstoffen und somit die vollständige Zerlegung aller organischen Komponenten im Überschußgas nicht garantiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausführung des Verfahrens und der Einrichtung zur Entsorgung unter­ schiedlich zusammengesetzter Abfallmaterialien in einem koksbeheizten Schachtofen gemäß Hauptpatent P4317145.1, wel­ che unabhängig von der Lage der Überschußgasaustrittsebene zwischen der Kreislaufgasabsaugebene im oberen Schachtbe­ reich und der Schmelz- und Überhitzungszone des Ofens im un­ teren Schachtbereich die vollständige Zerlegung der organi­ schen Verbindungen zu CO, CO₂, H₂ und H₂O sowie zu Wasser­ stoff- oder Sauerstoff-Verbindungen der durch die Reaktions­ bedingungen gebildeten Spurengase wie Cl, F, N und S garan­ tiert.
Bekannt sind ebenfalls Systeme zur getrennten Einführung von Schmelzkoks und Gattierung in den Schmelzofen.
So werden nach E. Piwowarsky (DRP März 1944; vgl. Iron Age 13. 02. 1947 S. 58-60) nur 3% bis 5% des Satzkokses im ei­ gentlichen zentralen Ofenschacht verbrannt und der Hauptan­ teil fester Brennstoffe wie Koks, Kohle oder Kohlenstaub in einem in den Oberofen zentral eingebauten Zuführungsrohr oder einem seitlichen Schacht zugeführt und verbrannt bzw. die festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe in einer Brennkammer vergast. Nachteilig war, daß die Stückgröße des Kokses den Verbrennungsverhältnissen im Ofen angepaßt sein mußte.
Nach USA P 2235939 wird der Schmelzkoks durch ein von der Gicht bis in die Nähe der Schmelzzone hineinreichendes Rohr in den Ofen eingeführt. Damit werden Satzkoksreduzierungen von 30% bis 60% erreicht.
Im sogenannten FAR-Ofen (H.-G. Rachner The Foundryman 84 (1991) Nr.3 S. 114-118) wird der zum Schmelzen und Überhitzen notwendige Koks seitlich vom zentralen Ofenschacht über eine oder mehrere Schächte, die mit Schleusensystemen versehen sind, ebenfalls direkt in den Ofenherd und in die Schmelz- und Überhitzungszone eingeleitet, während im zentralen Ofen­ schacht nur Schrott chargiert wird. Dadurch entsteht im zen­ tralen Ofenschacht kein Boudouard-Gleichgewicht und das CO- reiche Gas aus dem Koksbett kann im Ofenschacht vollständig nachverbrannt und zur effektiven Schrottvorwärmung einge­ setzt werden.
Nachteilig ist bei beiden Systemen, daß das oberhalb der Schmelz- und Verbrennungszone abgezogene Gichtgas durch eine koksfreie Schüttung geleitet wird, so daß keine aktiv­ koksähnliche Filterwirkung für die staubbeladenen Ofengase wirksam wird.
Grundsätzlich wird der auf diese Weise in den Ofen einge­ brachte Koks zum Schmelzen und Überhitzen des Flüssigeisens benutzt und hat keine Filteraufgaben für schadstoff- und staubbelastete Ofengase zu erfüllen.
Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Ver­ fahren und eine Einrichtung zur Entsorgung unterschiedlich zusammengesetzter Abfallmaterialien, insbesondere von lac­ kiertem und kunststoffbehafteten oder mit Kunststoffen und anderen organischen Verbindungen vermischten eisenmetalli­ schen und/oder nichteisenmetallischen Schrott zu schaffen, bei dem die konstruktiv definierte Lage der Überschußgasaus­ trittsebene zwischen der Kreislaufgasabzugsöffnung und der Schmelz- und Überhitzungszone im Ofen quasi unabhängig von der Art, Zusammensetzung und Qualität der Einsatzmaterialien und somit quasi unabhängig vom Temperaturprofil im Ofen ist und gleichzeitig über die aktivkoksähnliche Filterwirkung der glühenden Koksschüttung ein von organischen Verbindungen quasi freies Überschußgas garantiert ist.
Erfindungsgemäß wird das erreicht, indem jede Überschußgas­ düse (8) im Winkel größer 0° und vorzugsweise kleiner 90° zur Ofenachse (17) angeordnet wird und direkt (Fig. 1) oder über eine Sammelleitung (15; Fig. 2) mit einer Kokskammer (12) verbunden ist, die vorzugsweise wassergekühlt und in welche am oberen Ende ein gasdichtes Schleusensystem (13) mit Einwurftrichter (14) integriert ist. Die Kokskammer (12) ist über eine Rohrleitung (16), welche zwischen dem gasdich­ ten Schleusensystem (13) und der Einmündung der Überschuß­ gasdüsen (8) oder der Sammelleitung (15) angeordnet ist, mit bekannten Einrichtungen wie einer Gasschockkühlung (9), ei­ ner Nachverbrennungseinrichtung (10) mit integriertem Wärme­ tauscher und Filter als Überschußgasabsaugung (11) verbun­ den. Somit wird das aus dem Ofen austretende und/oder abge­ saugte Überschußgas zwangsweise durch die mit der Schüttung im Ofen in Kontakt stehende glühende heiße Koksschüttung in der Kokskammer (12) zu den bekannten Einrichtungen wie Gas­ schockkühlung (9) und Nachverbrennungseinrichtung (10) ge­ führt, wobei unabhängig vom Temperaturprofil im Ofenschacht nicht vollständig zerlegte oder bereits rückgebildete orga­ nische Gaskomponenten quasi vollständig zu CO, CO₂, H₂ und H₂O sowie Sauerstoff- oder Wasserstoffverbindungen der Spu­ rengaskomponenten N, F, Cl und Schwefel zerlegt werden sowie eine zusätzliche Filterwirkung für die im Überschußgas ent­ haltenen Staubkomponenten erreicht wird, wodurch die nachge­ schalteten Filter geringer staubbelastet werden und die in der Kokskammer (12) abgeschiedenen Stäube prozeßintern ver­ schlackt werden.
Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen in
Fig. 1 Schnitt des Ofens mit erfindungsgemäßer Einrich­ tung ohne Sammelleitung
Fig. 2 Schnitt des Ofens mit erfindungsgemäßer Einrich­ tung mit Sammelleitung.
Die Fig. 1 zeigt, daß zwischen dem mindestens 500 mm unter­ halb der maximalen Schüttsäulenhöhe angeordneten Kreislauf­ gasabsaugringes (1) und der Schmelz- und Überhitzungszone (7) im Winkel von mindestens 30° zur Ofenachse (17) die Überschußgasdüse (8) angeordnet ist und direkt in den unte­ ren Bereich der vorzugsweise wassergekühlten Kokskammer (12) führt, welche oben in ein gasdichtes Schleusensystem (13) mit Einwurftrichter (14) mündet, wobei aus dem oberen Be­ reich der Kokskammer (12), aber unterhalb des Schleusensy­ stems (13) und oberhalb der Einmündung der Überschußgasdüse (8) eine Rohrverbindung (16) zu den bekannten Einrichtungen Gasschockkühlung (9) und Nachverbrennungseinrichtung (10) mit integriertem Wärmetauscher und Filter als Überschußgas­ absaugung (11) führt.
Die Fig. 2 zeigt die prinzipielle Anordnung von Fig. 1, wobei weitere Überschußgasdüsen (8), die in eine Sammellei­ tung (15) und weiter in die vorzugsweise wassergekühlte Kokskammer (12) zünden, zusätzlich zur Überschußgasdüse (8), welche in direktem Kontakt mit der Kokskammer (12) steht, angeordnet sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Entsorgung unterschiedlich zusammengesetz­ ter Abfallmaterialien, insbesondere von lackiertem und kunststoffbehaftetem oder mit Kunststoff und anderen orga­ nischen Verbindungen vermischtem eisenmetallischen und/oder nichteisenmetallischen Schrott in einem koksbeheizten Schachtofen, nach der Patentanmeldung P 4317145.1, bei dem die Ofengase aus dem oberen Schachtbereich vollständig abge­ zogen und im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone dem Ofen vollständig wiederzugeführt und mit Sauerstoff ver­ brannt werden und das entstehende Überschußgas zwischen Kreislaufgasabsaugebene und Schmelz- und Überhitzungszone aus dem Ofen abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Überschußgas direkt oder über eine Sammelleitung aus den Überschußgasdüsen in eine mit glühendem Koks gefüllte, vor­ zugsweise wassergekühlte, Kokskammer strömt und dabei quasi alle nicht vollständig zerlegten oder zurückgebildeten orga­ nischen Verbindungen zu CO, CO₂, H₂, H₂O sowie Sauerstoff- und Wasserstoffverbindungen der Spurengase N, F, Cl und S zerlegt und aus dem Überschußgas bereits vor Erreichen des Filters Staubanteile ausgefiltert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koksfüllung der vorzugsweise wassergekühlten Kokskammer in direktem Kontakt mit der glühenden Füllkoks- und heißen Schüttsäule des Ofenschachtes steht.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder meh­ rere über den Ofenumfang verteilte Überschußgasdüsen (8) in einem Winkel größer 0° und vorzugsweise kleiner 90° zur Ofenachse (17) angeordnet sind und mit einer Sammelleitung (15) oder direkt mit einer vorzugsweise wassergekühlten Kokskammer (12), die am oberen Ende in ein mit einem Ein­ wurftrichter (14) verbundenes gasdichtes Schleusensystem (13) mündet, verbunden sind, welche weiter über eine Rohr­ leitung (16) mit bekannten Einrichtungen, wie einer Gas­ schockkühlung (9) sowie Anlagen zur Gasreinigung und Wärme­ rückgewinnung (10) als Überschußgasabsaugung (11) verbunden ist.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Übeschuß­ gasdüsen (8) direkt oder die Sammelleitung (15) in den unte­ ren Bereich der vorzugsweise wassergekühlten Kokskammer (12) münden und diese Kokskammer (12) unterhalb des gasdichten Schleusensystems (13) und oberhalb der Einmündung der Über­ schußgasdüsen (8) oder der Sammelleitung (15) mit einer Rohrleitung (16) verbunden ist und somit der Überschußgas­ strom zwangsweise die glühende Kokssäule in der Kokskammer (12) durchströmt.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß durch den Höhenunterschied zwischen Einmündung der Überschußgasdüse (8) oder der Sam­ melleitung (15) und der Rohrleitung (16) an der vorzugsweise wassergekühlten Kokskammer (12) die Höhe der wirksamen glü­ henden Koksschüttung in der Kokskammer (12) frei einstellbar ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19640497A1 (de) * 1996-10-01 1998-04-09 Hans Ulrich Dipl Ing Feustel Koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien
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CN110699099A (zh) * 2019-09-30 2020-01-17 鞍钢股份有限公司 一种利用化工废弃物制备高强度炼铁用焦炭的方法

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