DE69002605T2

DE69002605T2 - System für die Behandlung von Müll in geschmolzenem Zustand.

Info

Publication number: DE69002605T2
Application number: DE90100518T
Authority: DE
Inventors: Misao C O Tsukishima Igarashi; Takashi C O Tsukishima Ishida; Yasuhiko C O Tsukishima Kamijo; Teruji C O Tsukishima K Kubota; Norichika C O Tsukishim Tanaka; Yoshikazu C O Tsukishima Ueda
Original assignee: CHIBA CITY CHIBA; Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: CHIBA CITY CHIBA; Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 1990-01-11
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1993-12-16
Anticipated expiration: 2010-01-12
Also published as: EP0436759B1; ATE92603T1; ES2050279T3; EP0436759A1; US5020455A; DE69002605D1; US5081937A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System, um in einem geschmolzenen Zustand Abfallstoffe, wie beispielsweise pulverförmige brennbare Stoffe in Form von getrocknetem, aus Abwässern stammendem Schlamm, pulverisierter Kohle oder dergleichen Stoffen, die jeweils unbrennbare Stoffe enthalten, in einer solchen Weise zu behandeln, daß die brennbaren Stoffe verbrannt werden, die nicht brennbaren Stoffe in einem Wirbelstromzustand in einem Verbrennungsofen geschmolzen werden, der gegenüber einer horizontalen Lage in einem geneigten Zustand angeordnet ist, und dann die geschmolzene Schlacke aus dem Verbrennungsofen und nach außen aus dem System herausgenommen wird. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein System, um in einem geschmolzenen Zustand flüssige Abfallstoffe in Form von getrocknetem Schlamm, pulverisierter Kohle, Industrieabfallflüssigkeit oder dergleichen Stoffen, die jeweils unbrennbare Stoffe enthalten, in einer solchen Weise zu behandeln, daß die brennbaren Stoffe verbrannt werden, die nicht brennbaren Stoffe in einem Verbrennungsofen geschmolzen werden, von einem Verbrennungsabgas getragener, aus dem System heraus abzuführender Flugstaub gesammelt und in der Hochtemperaturatmosphäre eines Wirbelstroms in einer Staubentfernungseinheit geschmolzen wird, die in einem geneigten Zustand gegenüber einer horizontalen Lage installiert ist, und die geschmolzene Schlacke gesammelt und dann aus dem Verbrennungsofen und nach außen aus dem System herausgenommen wird.
Ein Wirbelstromverbrennungsofen, der so aufgebaut ist, daß pulverförmige brennbare Stoffe, wie beispielsweise getrockneter Schlamm, pulverisierte Kohle oder dergleichen Stoffe, die jeweils unbrennbare Stoffe enthalten, zusammen mit Verbrennungsgas von der Stirnwand oder der Seitenwand des Verbrennungsofens ins Innere des zylindrischen Verbrennungsofens eingeblasen werden, während ein kräftiger Wirbelstrom erzeugt wird, daß die unbrennbaren Stoffe, d.h. Verbrennungsrückstände unter dem Einfluß von Wärmeenergie geschmolzen werden, die aus der Verbrennung stammt, und daß die geschmolzene Schlacke durch eine Auslaßöffnung des Verbrennungsofens abgeführt wird, ist bereits aus der JP-A-61 213 408 (nachfolgend als "ältere Erfindung 1" bezeichnet) und einer Beschreibung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 4489/1987 (nachfolgend als "ältere Erfindung 2" bezeichnet) bekannt gewesen.
Ein Wirbelstromverbrennungsofen, wie in der älteren Erfindung 1 offenbart, ist so aufgebaut, daß ein zylindrisches Gehäuse des Verbrennungsofens in einem um einen vorbestimmten Neigungswinkel geneigten Zustand installiert ist, daß eine Mehrzahl von jeweils eine Schwerölzufuhrleitung und eine Verbrennungsluftzufuhrleitung enthaltenden Hilfsbrennern auf einer Stirnwand (Stirnfläche auf der in Strömungsrichtung oberen Seite) des Verbrennungsofen angeordnet sind, daß mit der anderen Stirnwand (Stirnfläche auf der in Strömungsrichtung unteren Seite) des Verbrennungsofens ein zylindrisches Teil mit einer Abgasauslaßöffnung auf der Oberseite und einer Auslaßöffnung für geschmolzene Schlacke an der Unterseite verbunden ist, und daß eine Zufuhröffnung für pulverförmige brennbare Stoffe und eine Verbrennungslufteinlaßöffnung im oberen Teil der äußeren Oberfläche des Verbrennungsofens an Stellen in der Nähe der Stirnfläche auf der in Strömungsrichtung oberen Seite angeordnet sind. Jeder der Hilfsbrenner ist durch eine konzentrische, eine Schwerölzufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung umfassende Doppellagenkonstruktion gekennzeichnet, und eine Mehrzahl von Leitschaufeln zum Erzeugen eines Wirbelstroms sind am vordersten Ende jedes Hilfsbrenners befestigt.
Andererseits offenbart die ältere Erfindung 2 einen gegenüber einer horizontalen Lage in einem geneigten Zustand installierten Wirbelstromverbrennungsofen, wobei der Verbrennungsofen einen Primär-Verbrennungsofen und einen Sekundär-Verbrennungsofen umfaßt. Der Sekundär- Verbrennungsofen ist so ausgebildet, daß er in einer Zwischenzone eine Verbrennungsluftzufuhröffnung umfaßt, durch welche Sauerstoff, der für die Verbrennung erforderlich ist, ins Innere des Verbrennungsofens zugeführt werden kann. Zusätzlich ist der Verbrennungsofen mit einer mundlochförmigen Stauscheibe versehen, so daß ein Teil des Innenraums des Verbrennungsofens in Strömungsrichtung oberhalb der Stauscheibe in drei Abschnitte geteilt ist, d.h. eine obere Zone, eine Zwischenzone und eine untere Zone.
Weiter sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Abfallstoffen in Form von flüssigen brennbaren Stoffen, wie beispielsweisegetrocknetem Schlamm, pulverisierter Kohle oder dergleichen Stoffen, die jeweils unbrennbare Stoffe enthalten, bekannt, durch die Schritte eines Verbrennens der Abfallstoffe unter Erzeugung eines kräftigen Wirbelstroms entlang der inneren Wandoberfläche eines Verbrennungsofens in Anwesenheit von Verbrennungsluft, eines Schmelzens der unbrennbaren Stoffe und eines Abführens der sich ergebenden geschmolzenen Schlacke nach außen aus dem Verbrennungsofen heraus.
Bei dem vorhergehenden Verfahren und der vorhergehenden Vorrichtung wird im Wirbelstrom Flugstaub erzeugt, während die aus dem Verbrennungsofen abzuführende geschmolzene Schlacke auf dem Boden des Verbrennungsofens abgelagert wird. Beim Weiterleiten des Flugstaubs zu einem nachfolgenden Schritt wird dieser in eine flüssige Phase, eine Feststoff-Phase oder eine Zwischenphase umgewandelt, die sowohl flüssige als auch Feststoff-Phasen enthält, in Abhängigkeit von einer Art und Weise der Temperaturänderung in der Vorrichtung und von physikalischen Eigenschaften von in den Abfallstoffen enthaltenen Bestandteilen, z.B. Schmelzpunkt und anderen.
Derartiger Flugstaub verursacht eine beträchtliche Auswirkung auf den Betrieb wesentlicher Einheiten bei einem nachfolgenden Schritt, z.B. eines Wärmetauschers, eines Elektro- Staubabscheiders oder einer derartigen Einheit. Die zuvor erwähnten Verhaltensweisen sind bereits bekannt gewesen.
Wenn Abfallstoffe behandelt werden und unbrennbare Stoffe geschmolzen werden, wird Flugstaub, der zusammen mit Abgas nach außen nach abgeführt werden muß, unter der Voraussetzung erzeugt, daß das Abgas während des Herumwirbelns in der Ofenatmosphäre mit hoher Geschwindigkeit strömt. Dementsprechend ist es erforderlich, daß geeignete Maßnahmen getroffen werden, so daß der Flugstaub nicht zum nachfolgenden Schritt weitergeleitet wird. Anderenfalls wird eine Betriebsbelastung verschiedener Einheiten im Abgasbehandlungssystem, z.B eines Elektro- Trockenstaubabscheiders, eines Wärmetauschers, eines Nachwärmkessels oder einer derartigen Einheit beim nachfolgenden Schritt unvermeidbar erhöht.
Um den in einem Verbrennungsofen erzeugten Flugstaub zu entfernen, ist vorgeschlagen worden, daß man den Flugstaub gegen ein Bad geschmolzener Schlacke anprallen läßt, wie in einer Offenlegungsschrift des offengelegten Japanischen Patents Nr. 70015/1988 offenbart (vergleiche Fig. 19).
Jedoch bereitet dieser Vorschlag insofern Schwierigkeiten, als ein Wirbelstrom im Verbrennungsofen in einen Abzugskanal 117 eingebracht wird, in welchem Abgas mit einer Geschwindigkeit strömt, die höher als diejenige im Ofen ist, und überdies öffnet sich der Abzugskanal 117 über der Oberfläche geschmolzener Schlacke, wodurch der Flugstaub unvermeidbar unmittelbar in den Abzugskanal 117 hinein davongetragen wird, ohne gegen die Oberfläche geschmolzener Schlacke zu prallen.
Ein anderer Vorschlag zum Entfernen von Flugstaub, der in einem Verbrennungsofen erzeugt wird, in welchem Abfallstoffe verbrannt und unbrennbare Stoffe geschmolzen werden, ist derart, daß ein Innendurchmesser am Freiraumabschnitt eines Verbrennungsofens so groß wie möglich festgelegt wird, damit er richtig an eine niedrige freie Fallgeschwindigkeit des Flugstaubs angeglichen ist. Jedoch hat man herausgefunden, daß dieser Vorschlag insofern Schwierigkeiten bereitet, als der Ofen aufgrund des vergrößerten Innendurchmessers mit übermäßig hohen Kosten hergestellt wird.
Ein anderer Vorschlag betrifft einen Zyklon wie in Fig. 20 veranschaulicht. Gemäß diesem Vorschlag kann Flugstaub mit höchstem Wirkungsgrad aufgefangen werden, jedoch hat man herausgefunden, daß dieser Vorschlag insofern noch Schwierigkeiten bereitet, als die Gasleitung einen komplizierten Aufbau aufweist, die Temperatur auf der Wandoberfläche des Zyklons beim Abstrahlen von Hitze von derselben stark herabgesetzt wird, da die Wandoberfläche des Zyklons im Vergleich zu einer abzuführenden Abgasmenge sehr groß gestaltet ist, und außerdem dort die Neigung besteht, daß Störungen auftreten, wie die, daß sich Flugstaub aufgrund der zuvor genannten verringerten Temperatur an der Wandoberfläche des Zyklons festsetzt, und daß das Gehäuse des Zyklons in einem Extremfall anfällig gegen ein Verstopfen durch den Flugstaub ist.
Es sollte hinzugefügt werden, daß gemäß den zuvor erwähnten älteren Erfindungen ein Wirkungsgrad der Entfernung von Flugstaub in der Atmosphäre bei einer hohen Temperatur überlicherweise 90 % nicht übersteigt.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die zuvor genannten Umstände gemacht worden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand bereitzustellen, bei welchem brennbare Stoffe in den Abfallstoffen in einem Verbrennungsofen mit einem hohen Wirkungsgrad verbrannt werden können, eine Temperatur in einem Verbrennungsofen auf einem hohen Niveau konstant gehalten werden kann, wobei unbrennbare Stoffe in den Abfallstoffen vollständig geschmolzen werden können und in Form von geschmolzener Schlacke vorliegen, die gleichmäßig aus dem Verbrennungsofen entfernt werden kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand bereitzustellen, bei welchem alle für das System erforderlichen Einheiten und Teile zuverlässig und wirksam gesteuert werden können.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand bereitzustellen, bei welchem Flugstaub im Abgas mit einem hohen Wirkungsgrad abgeschieden und der abgeschiedene Flugstaub ebenso wie das Abgas in Form von geschmolzener Schlacke aus dem Verbrennungsofen nach außen aus dem System heraus abgeführt werden kann.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand bereitzustellen, bei dem bei einem kontinuierlichen Betrieb des Systems über einen langen Zeitraum keine solche Störungen auftreten, wie die, daß sich für das System wesentliche Einheiten und Teile mit Flugstaub zusetzen.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, ist ein System gemäß dem begleitenden Patentanspruch 1 zum Behandeln von Abfallstoffen in Form von Schlamm vorgesehen.
Mehrere Ziele der vorliegenden Erfindung wurden bereits oben erwähnt. Eines davon bezieht sich auf die Schwierigkeit, ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand bereitzustellen, bei welchem brennbare Stoffe in den Abfallstoffen in einem Verbrennungsofen mit hohem Wirkungsgrad verbrannt werden können.
Beginnend vom nächstkommenden Stand der Technik, nämlich dem bereits erwähnten offengelegten Japanischen Patents Nr. 213408/1986, ist dies dadurch erreicht worden, daß dieser bekannte Stand der Technik ergänzt wurde durch:
(a) einen Primär-Verbrennungsofen (dem nachfolgend die Bezugsziffer 2 gegeben wurde) um vorgewärmten Schlamm aufzunehmen und ihn in einer Wirbelstromatmophäre bei einer Temperatur von 1000 bis 1200ºC teilweise zu verbrennen, um ein verwirbeltes Gemisch zu erzeugen;
(b) Vorrichtungen zum Anheben der Frischlufttemperatur (denen nachfolgend die Bezugsziffern 22, 31, 32 gegeben wurden), um dem Verbrennungsofen nach dem Stand der Technik (dem nachfolgend die Bezugsziffer 3 gegeben wurde) erwärmte Luft zuzuführen, wobei die besagten Vorrichtungen zum Anheben der Frischlufttemperatur einen Wärmetauscher zum Übertragen von Energie von Abgas auf die besagte Frischluft umfassen, sowie Vorrichtungen zum Verteilen der derart vorgewärmten Luft als Verbrennungsluft zur Verbrennung im Primär- Verbrennungsofen 2 und im Verbrennungsofen 3; und
(c) einen Wasserheizmantel (dem nachfolgend die Bezugsziffer 36 gegeben wurde), der dazu dient, vom Schlammtrockner beim besagten Stand der Technik kommendes kondensiertes Wasser zu erhitzen.
Diese Merkmale der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einem Studium der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erstellt worden ist.
Fig. 1 ist ein Fließbild, das wichtige Einheiten und Teile für ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand gemäß einer Ausführungsform einer ersten Erfindung schematisch veranschaulicht.
Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht, die insbesondere veranschaulicht, wie Verbrennungsluft in das System eingeführt wird.
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht, die insbesondere eine Temperaturverteilung im Inneren eines Sekundär- Verbrennungsofens im System in Abhängigkeit von einem Betriebszustand I und II veranschaulicht.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die in schematischer Weise einen Primär-Verbrennungsofen, einen Sekundär-Verbrennungsofen und einen Schlackenkühlabschnitt veranschaulicht.
Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand einer Verlagerung von geschmolzener Schlacke an einem Schlackenabzugsabschnitt zwischen dem Sekundär- Verbrennungsofen und dem Schlackenkühlabschnitt veranschaulicht.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des Sekundär- Verbrennungsofens entlang der Linie A - A in Fig. 4, die insbesondere den Umriß einer Stauscheibe veranschaulicht, die mit einer Öffnung in Form eines umgekehrten U gebildet ist.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die insbesondere einen aus dem Boden des Sekundär-Verbrennungsofens überstehenden Schlackenabzugsdurchlaß veranschaulicht.
Fig. 8(a) ist eine Draufsicht, die einen Schlackenkühler veranschaulicht, der so angepaßt ist, daß er mit einem Schlackenabstreifer zusammenwirkend betrieben werden kann.
Fig. 8(b) ist eine seitliche Schnittansicht des Schlackenkühlers in Fig. 8(a).
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht die Teile aus Fig. 1 veranschaulicht.
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die eine Abwandlung von Fig. 9 veranschaulicht.
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht, die Betrachtungen zur Luftzufuhr veranschaulicht.
Fig. 12(a) ist eine Ansicht des Sekundär-Verbrennungsofens in der durch den Pfeil A angezeigten Richtung in Fig. 11, und
Fig. 12(b) ist eine Ansicht des Sekundär-Verbrennungsofens in der durch den Pfeil B angezeigten Richtung in Fig. 12(a).
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht des Sekundär- Verbrennungsofens, die unterschiedliche Zonen desselben veranschaulicht.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht einer Stauscheibe mit einer darauf ausgebildeten Öffnung in Form eines umgekehrten U, wie man sie in der durch den Pfeil C angezeigten Richtung in Fig. 4 sieht.
Fig. 15 ist ein Fließbild, das in schematischer Weise wesentliche Einheiten und Teile für ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand veranschaulicht.
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die insbesondere eine Einheit zum Entfernen von Flugstaub aus Fig. 15 veranschaulicht.
Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht der Staubentfernungseinheit entlang der Linie a - a in Fig. 16.
Fig. 18 ist eine Schnittansicht der Staubentfernungseinheit aus Fig. 16, einschließlich einer Stauscheibe.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Einheit zum Entfernen von Flugstaub veranschaulicht.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die einen herkömmlichen Zyklon veranschaulicht.
Fig. 21 ist eine schematische Ansicht, die einen Teil eines Systems zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand veranschaulicht.
Fig. 22 ist eine Stirnseitenansicht von Fig. 21.
Fig. 23 ist eine Abwandlung von Fig. 21.
Fig. 24 ist eine Stirnseitenansicht von Fig. 23.
Nun wird die vorliegende Erfindung nachfolgend ausführlich beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen derselben veranschaulichen.
Zuerst wird unten unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 14 eine Beschreibung eines Systems zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgen.
Fig. 1 ist ein Fließbild, das wesentliche Einheiten und Teile veranschaulicht, die für das System erforderlich sind, und Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht, die in schematischer Weise veranschaulicht, wie Verbrennungsluft in einen Sekundär- Verbrennungsofen 3 zugeführt wird, um das System der vorliegenden Erfindung zu betreiben.
Ein Abfallstoff M in Form von Schlamm, der im System wärmebehandelt werden soll (nachfolgend als Schlamm bezeichnet) wird zuerst in einem Trockner 1 getrocknet. Der getrocknete Schlamm M wird in einem Mischer 13 gut mit Verbrennungsluft A durchmischt. Es sollte angemerkt werden, daß die Verbrennungsluft A durch Wärmetausch in einem Wärmetauscher 7 zwischen einer Verbrennungsluft A mit Raumtemperatur, die durch ein Gebläse 8 in den Wärmtauscher 7 eingebracht wird, und einem Abgas D vom Sekundär- Verbrennungsofen 3 auf eine erhöhte Temperatur von 400 bis 600 ºC erhitzt wird. Der so vorgeheizte Schlamm M wird über eine Zufuhröffnung 21 in einen Primär-Verbrennungsofen 2 zugeführt. Über eine einleitenden Verbrennungszeitraum hinweg wird der Schlamm M von einem Hilfsbrenner 22 innerhalb der Atmosphäre eines Wirbelstroms erwärmt. Wenn ein den getrockneten Schlamm M und die vorgewärmte Verbrennungsluft A umfassendes verwirbeltes Gemisch mit einer Temperatur von 1000 bis 1200 ºC hergestellt ist, wird der Betrieb des Hilfsbrenners 22 eingestellt.
Hier sollte hinzugefügt werden, daß der im Mischer 13 mit Verbrennungsluft A zu vermischende Schlamm M zuvor durch Betätigung entsprechender Pulverisierungsvorrichtungen (nicht dargestellt) pulverisiert wird. Der Schlamm M wird im Primär- Verbrennungsofen 2 teilweise verbrannt.
Es ist wichtig, daß Flugstaub im Abgas D in einer Flugstaubbeseitigungseinheit 6 aus dem letzteren beseitigt wird, bevor das Abgas D in den als Luftvorwärmer dienenden Wärmetauscher 7 zugeführt wird. Gewöhnlich besitzt das den Sekundär-Verbrennungsofen 3 verlassende Abgas D eine Temperatur von 1000 bis 1300 ºC, so daß der Wärmetausch im Wärmetauscher 7 bei einer Temperatur von etwa 1000 ºC erzielt wird.
Das verwirbelte Gemisch K wird aus dem Primär-Verbrennungsofen 2 dem Sekundär-Verbrennungsofen 3 auf eine solche Weise zugeführt, daß im Sekundär-Verbrennungsofen 3 ein Wirbelstrom erzeugt wird.
Bezugnehmend auf Fig. 13 ist der Sekundär-Verbrennungsofen 3 in einem geneigten Zustand installiert, mit einem Neigungswinkel THETA im Bereich von 10 bis 45 Grad bezüglich der horizontalen Ebene. Der Sekundär-Verbrennungsofen 3 schließt speziell eine Zone a mit einer Zufuhröffnung 23 auf der in Strömungsrichtung oberen Seite ein, durch welche das verwirbelte Gemisch zugeführt wird, eine Zone c mit einer Stauscheibe 33 auf der in Strömungsrichtung unteren Seite, und eine Zwischenzone b zwischen den beiden Zonen a und c, deren axiale Länge auf der Grundlage einer Größe des Sekundär- Verbrennungsofens 3 passend festgelegt wird. Die Zwischenzone b schließt voneinander entfernte Zufuhröffnungen 31 und 32 ein, durch welche zusätzliche Verbrennungsluft auf eine solche Weise zugeführt wird, daß entlang der inneren Wandoberfläche des Sekundär-Verbrennungsofens 3 ein Wirbelstrom erzeugt wird. Falls erforderlich schließt die Zwischenzone b einen Hilfsbrenner in der Nähe der Zufuhröffnung 31 ein.
Verbrennungsluft A, die im Sekundär-Verbrennungsofen verbraucht werden soll, wird über Luftzufuhrleitungen bereitgestellt, die von derselben Luftzufuhrleitung P abzweigen, wie diejenige für Verbrennungsluft, die im ersten Verbrennungsofen 2 verbraucht werden soll, und ein Verhältnis zwischen einer für den Primär-Verbrennungsofen 2 zuzuführenden Luftmenge und einer für den Sekundär-Verbrennungsofen 3 zuzuführenden Luftmenge wird auf 50 : 50 eingestellt. In Verbindung mit einem durch 50 gekennzeichneten Bruchteil des vorgenannten Verteilungsverhältnisses wird dann ein Verhältnis zwischen einer der Zufuhröffnung 31 zuzuführenden Luftmenge und einer der Zufuhröffnung 32 zuzuführenden Luftmenge auf 25 : 25 eingestellt (vgl. Fig. 11). Die oben genannten Verhältnisse stellen eine grundsätzliche Verteilungsregel dar. In der Praxis können sie von Fall zu Fall innerhalb einer Abweichung von ± 20 % angepaßt werden. Die dem Sekundär- Verbrennungsofen 3 zuzuführende Gesamtmenge an Luft wird mit Anteilen von 40 bis 60 % für die Zufuhröffnung 23, durch welche das Tertiärluft und getrockneten Schlamm umfassende verwirbelte Gemischen zugeführt wird, und 20 bis 30 % für die Zufuhröffnungen 31 und 32 in den Zonen b und c verteilt.
Fig. 2 veranschaulicht einen Fall, wo der Sekundär- Verbrennungsofen 3 zwei Zufuhröffnungen enthält, durch welche Verbrennungsluft A ins Innere des Sekundär-Verbrennungsofens 3 zugeführt wird. Alternativ dazu kann die Anzahl der Zufuhröffnungen in Abhängigkeit von einer Länge der Zwischenzone b erhöht werden. Zusätzlich kann die Anzahl von Hilfsbrennern, falls erforderlich, erhöht werden. Das aktuelle Verteilungsverhältnis der Verbrennungsluft A kann mittels Mengensteuervorrichtungen (nicht dargestellt) für zugeführte Luft eingestellt werden und außerdem kann eine erzeugte Wärmeenergiemenge durch Temperaturermittlungsvorrichtungen (nicht dargestellt) eingestellt werden.
Normalerweise wird der zweite Verbrennungsofen 3 so gesteuert, daß das aus dem Primär-Verbrennungsofen 2 zugeführte verwirbelte Gemisch kontinuierlich bei einer Temperatur von 1350 bis 1450 ºC verbrannt wird. Nach Vollendung der Verbrennung im Sekundär-Verbrennungsofen 3 wird das verwirbelte Gemisch in zwei Phasen getrennt, d.h. Gas und geschmolzene Schlacke, die ein Endprodukt darstellt. Die geschmolzene Schlacke J fließt durch ihre eigene Schwerkraft entlang der geneigten inneren Wandoberfläche des Sekundär- Verbrennungsofens 3 nach und nach abwärts, während sie in engen Kontakt mit dieser kommt. Gewöhnlich wird die geschmolzene Schlacke bei einer Temperatur von etwa 1450 ºC sehr heiß gehalten und besitzt ein ausgezeichnetes Fließvermögen.
Die im Sekundär-Verbrennungsofen 3 erzeugte geschmolzene Schlacke J strömt über die Stauscheibe 33 und erreicht das in Strömungsrichtung untere Ende des Sekundär-Verbrennungsofens 3. Um die geschmolzene Schlacke J mühelos in einem Abzugsbereich 4 des Ofens abzuführen, ist der Sekundär- Verbrennungsofen 3 an seinem in Strömungsrichtung unteren Ende mit einem zungenförmigen Abzugskanal 34 für geschmolzene Schlacke versehen. Der Abzugskanal 34 besitzt von oben gesehen einen konkaven Umriß, der demjenigen der inneren Wandoberfläche des Sekundär-Verbrennungsofens 3 entspricht, und steht innerhalb des Abzugsbereichs 4 des Ofens über. Dann fällt die geschmolzene Schlacke J unmittelbar in einen Schlackenkühlbereich 4 hinab, in welchem das Fließvermögen der geschmolzenen Schlacke J durch einen später beschriebenen Vorgang verringert wird. Die geschmolzene Schlacke J wird so in gekühlte Schlacke G überführt. Eine Form der gekühlten Schlacke G wird dadurch gesteuert, daß eine Kühlgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß die gekühlte Schlacke J mühelos aus dem Sekundär-Verbrennungsofen 3 nach außen abgezogen werden kann. Zusätzlich ist der Abzugsbereich 4 des Ofens an einer Stelle oberhalb des Schlackenabzugskanals 34 mit einem Hilfsbrenner 42 ausgerüstet, um zu gewährleisten, daß die geschmolzene Schlacke J ein gewisses Fließvermögen behält.
Der Schlackenkühlbereich 5 enthält einen Drehschlackenkühler 18, der mit einem Kühlmittel H&sub1; gekühlt wird, welches Raumtemperatur (etwa 15 ºC) besitzt. Die am Schlackenkühler 18 thermisch anhaftende Schlacke J wird mittels eines Schlackenabstreifers 17 vom Schlackenkühler 18 entfernt und dann über eine Schlackenauslaßöffnung 51 nach außen abgeführt. Gewöhnlich besitzt das vom Schlackenkühler 18 zurückkommende Kühlmittel H&sub2; eine Temperatur von etwa 80 ºC (vgl. Fig. 4 und Figuren 8(a) und (b)).
Abgas vom Sekundär-Verbrennungsofen 3 wird aus dem Abzugsbereich 4 des Ofens über eine Abgasauslaßöffnung 41 auf der Seitenwand des Ofenabzugsbereichs 4 an einer Stelle gegenüber dem Schlackenabzugskanal 34 nach außen abgeführt.
Der Sekundär-Verbrennungsofen 3 ist von einem Kondenswasserheizmantel 36 umgeben, der einen gewissen Druckwiderstand besitzt. Vom Trockner 1 kommendes Kondenswasser F (mit einer Temperatur unterhalb von etwa 90 ºC) erreicht eine Einlaßöffnung 37 auf dem Mantel 36, durch welche es ins Innere des Mantels 36 eingeleitet wird. Das Kondenswasser F wird durch Absorption vom im Inneren der Sekundär-Verbrennungskammer 3 erzeugter Wärmeenergie über den Wandaufbau des zylindrischen Ofens auf eine erhöhte Temperatur (180 bis 190 ºC) aufgeheizt und verläßt dann den Mantel über eine Auslaßöffnung 38 in Form von Hochtemperatur/Hochdruckwasser. Dieses Hochtemperatur/Hochdruckwasser wird in einem Kessel 9 in Anwesenheit des dem Kessel 9 über den Wärmetauscher 7 zugeführten Abgases D behandelt, so daß es in Hochdruckdampf überführt wird. Dieser Hochdruckdampf wird mittels eines auf halbem Weg einer Dampfzufuhrleitung S angeordneten Druckminderungsventils 16 auf einen bestimmten konstanten Druck eingestellt, so daß es dem Trockner 1 zugeführt wird, um als eine Wärmeenergiequelle zu dienen. Prozeßdampf im Trockner 1 besitzt eine Temperatur von etwa 140 ºC.
Als nächstes erfolgt unten eine Beschreibung der Stauplatte 33 im Sekundär-Verbrennungsofen 3. Die Stauplatte 33 besitzt speziell ein Öffnungsverhältnis von 20 bis 40 % (25 bis 30 % im Hinblick auf einen Durchschnittswert) bezüglich einer Querschnittsfläche des Sekundär-Verbrennungsofens 3. Hier wird das Öffnungsverhältnis durch die folgende Gleichung dargestellt.
Öffnungsverhältnis = Fläche einer Öffnung/Querschnittsfläche des Ofens x 100
Sobald das Öffnungsverhältnis festgelegt ist und die Art des Rohstoffs, der einer Wärmebehandlung unterzogen werden soll, ausgewählt ist, kann die oben beschriebene Behandlung ohne irgendeine besondere Schwierigkeit mit dem so festgelegten Öffnungsverhältnis durchgeführt werden. Eine Weite des Schlackenabzugskanals 34 ist so dimensioniert, daß ein bezüglich der Mitte des Sekundär-Verbrennungsofens 3 definierter Erhöhungswinkel innerhalb des Bereichs von 120 Grad (vgl. Fig. 14) festgelegt wird.
Zusätzlich sind alle Rohrleituhgen, die jeweils eine ausreichende Wärmeisolierung benötigen, z.B. eine Verbrennungsluftzufuhrleitung, eine Wasserabfuhrleitung des Sekundär-Verbrennungsofenmantels, eine Hochdruck/Hochtemperaturwasserleitung usw. mit geeignetem Wärmeisoliermaterial verkleidet.
Es sollte hinzugefügt werden, daß ein die Außenwand des Sekundär-Verbrennungsofens bildender Mantel in Form einer gegen Druck widerstandsfähigen Konstruktion gestaltet und aufgebaut ist, in welcher Hochdruck/Hochtemperaturwasser aufgenommen werden kann.
Um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, ist es hilfreich, daß für das System der vorliegenden Erfindung erforderliche Einheiten und Medien noch einmal in der folgenden Weise durch Bezugsziffern und Bezugsbuchstaben dargestellt werden.
In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 11 eine Rohstoffzufuhröffnung, die Bezugsziffer 12 bezeichnet eine Auslaßöffnung für getrockneten Rohstoff, die Bezugsziffer 13 bezeichnet einen Mischer für Rohstoffe und Primärluft, die Bezugsziffer 14 bezeichnet eine Zufuhröffnung für erhitzten Dampf, die Bezugsziffer 15 bezeichnet eine Auslaßöffnung für Kondensluft, die Bezugsziffer 16 bezeichnet ein Druckminderungsventil, die Bezugsziffer 17 bezeichnet einen Schlackenabstreifer für einen Schlackenkühler, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schlackenkühler, die Bezugsziffer 19 bezeichnet eine Hilfsbrennstoffeinlaßöffnung, die Bezugsziffer 21 bezeichnet eine Zufuhröffnung für Rohstoffe und Luft für einen Primär-Verbrennungsofen, die Bezugsziffer 23 bezeichnet eine Zufuhröffnung für ein verwirbeltes Gemisch aus Tertiärluft und Rohstoffen, die Bezugsziffer 31 bezeichnet eine Luftzufuhröffnung für einen Sekundär-Verbrennungsofen (ein Hilfsbrenner kann zusätzlich vorgesehen sein), die Bezugsziffer 32 bezeichnet eine Zusatzlufteinlaßöffnung für deh Sekundär-Verbrennungsofen, die Bezugsziffer 33 bezeichnet eine Stauscheibe mit einer darauf gebildeten Öffnung in Form eines umgekehrten U, wie in Fig. 6 dargestellt, die Bezugsziffer 34 bezeichnet einen zungenförmigen konkaven Schlackenabzugskanal, der sich zum in Strömungsrichtung unteren Ende des Sekundär-Verbrennungsofens, wie in Fig. 7 dargestellt, entlang des Bodens desselben erstreckt, die Bezugsziffer 35 bezeichnet eine Zusatzluftverteilungseinheit für den Sekundär- Verbrennungsofen, die Bezugsziffer 36 bezeichnet einen um den Sekundär-Verbrennungsofen herum angeordneten Kondenswasserheizmantel, die Bezugsziffer 37 bezeichnet eine Kondenswassereinlaßöffnung für den Sekundär-Verbrennungsofen, die Bezugsziffer 38 bezeichnet eine Hochtemperaturwasserauslaßöffnung, die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Ofenabzugsbereich, die Bezugsziffer 41 bezeichnet eine Abgasauslaßöffnung vom Ofenabzugsbereich, die Bezugsziffer 42 bezeichnet einen Hilfsbrenner für den Ofenabzugsbereich, die Bezugsziffer 51 bezeichnet eine Auslaßöffnung für gekühlte Schlacke, die Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Flugstaubbeseitigungseinheit, die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Luftvorwärmer, die Bezugsziffer 8 bezeichnet ein Gebläse, die Bezugsziffer 9 bezeichnet einen Kessel, die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Nachreiniger, der Bezugsbuchstabe A bezeichnet Verbrennungsluft (O&sub2;), der Bezugsbuchstabe B bezeichnet Brennstoff (Öl), der Bezugsbuchstabe C bezeichnet Schlamm (einer Wärmebehandlung zu unterziehender Rohstoff), der Bezugsbuchstabe D bezeichnet Abgas, der Bezugsbuchstabe E bezeichnet eine Rohrleitung für abgeführtes heißes Wasser (mit Dampf vermischtes heißes Wasser), der Bezugsbuchstabe F bezeichnet eine Rohrleitung für Kondenswasser, der Bezugsbuchstabe G bezeichnet gekühlte Schlacke, der Bezugsbuchstabe H&sub1; bezeichnet ein Kühlmittel, der Bezugsbuchstabe H&sub2; bezeichnet abgeführtes Kühlmittel, der Bezugsbuchstabe J bezeichnet geschmolzene Schlacke, der Bezugsbuchstabe K bezeichnet ein verwirbeltes Gemisch, der Bezugsbuchstabe L bezeichnet eine Rohrleitung für Rohstoffe, die einer Wärmebehandlung unterzogen werden sollen (Schlamm), der Bezugsbuchstabe M bezeichnet eine Rohrleitung für getrocknete Rohstoffe, der Bezugsbuchstabe M bezeichnet eine Rohrleitung für Verbrennungsluft (mit Raumtemperatur), der Bezugsbuchstabe P bezeichnet eine Rohrleitung für Verbrennungsluft (vorgeheizt), der Bezugsbuchstabe Q bezeichnet eine Rohrleitung für Brennstoff (Öl), der Bezugsbuchstabe S bezeichnet eine Rohrleitung für erhitzten Dampf, der Bezugsbuchstabe T bezeichnet eine Rohrleitung für Abgas, der Bezugsbuchstabe U bezeichnet eine Rohrleitung für (gekühlte) Schlacke und der Bezugsbuchstabe V bezeichnet eine Rohrleitung für Kühlmittel.
Als nächstes werden aus einem Betrieb des des in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Wirbelstrom- Schlackenschmelzofens (Sekundär-Verbrennungsofens) abgeleitete Ergebnisse unten in Verbindung mit Ergebnissen beschrieben, die aus einem Betrieb des konventionellen Wirbelstrom- Schlackenschmelzofens (wie in der älteren Erfindung 2 offenbart) abgeleitet sind.

(a) In einem Fall, wo für den Primär-Verbrennungsofen normalerweise zusätzlicher Brennstoff verwendet wird:

Die physikalischen Eigenschaften von verwendetem trockenem Schlamm und die Betriebsbedingungen sind wie unten aufgeführt.

Trockener Schlamm (gemeinsam für beide Öfen verwendet)

Feuchtigkeit 1,55 %
Asche 35,8 %
brennbare Bestandteile 62,7 %
Gesamtmenge an erzeugter Wärme 3890 kcal/kg auf der Grundlage von getrocknetem Schlamm
durchschnittliche Korngröße 180 Mikron
Menge des zugeführten Schlamms 120 kg/h
Anzahl an Zufuhrleitungen für Zusatzverbrennungsluft (an der Zwischenzone des Sekundär-Verbrennungsofens angeordnet) 2 (nur für die vorliegende Erfindung) Menge an zugeführter Verbrennungsluft (als Luftverhältnis) vorliegende Erfindung Vergleichsbeispiel (ältere Erfindung 2) Primär-Verbrennungsofen Sekundär-Verbrennungsofen (Anmerkung*) 0,2 auf der in Strömungsrichtung oberen Seite und 0,3 auf der unteren Seite
Tabelle 1 zeigt aus Betriebsvorgängen, die unter den oben genannten Bedingungen durchgeführt wurden, abgeleitete Ergebnisse. Tabelle 1 vorliegende Erfindung Vergleichsbeispiel (ältere Erfindung 2) Ofentemperatur Zustand der Schlackeablagerungen auf der Stirnfläche auf der in Strömungsrichtung oberen Seite des Ofens obere Zone Zwischenzone untere Zone keine Schlacke abgelagert. Ofentemperatur wurde während des Betriebs stabil gehalten. Schlackeablagerung war nach 6-stündigem Betrieb nicht erkennbar.

(b) In einem Fall, wo ständig zusätzlicher Brennstoff verwendet wurde:

Trockener Schlamm (gemeinsam für beide Öfen verwendet)

Feuchtigkeit 2,0 %
Asche 55,5 %
brennbare Bestandteile 42,5 %
Gesamtmenge an erzeugter Wärme 2900 kcal/kg auf der Grundlage von getrocknetem Schlamm
durchschnittliche Korngröße 180 Mikron
Menge des zugeführten Schlamms 120 kg/h
Anzahl an Zufuhrleitungen für Zusatzverbrennungsluft 2
(Die Zufuhrleitungen für zusätzliche Verbrennungsluft waren in der Zwischenzone des Sekundär-Verbrennungsofens angeordnet. Ein Hilfsbrenner war in der Nähe der Luftzufuhrleitung auf der oberen Seite der Zwischenzone angeordnet.)
Anzahl von Zufuhrleitungen für zusätzliche Verbrennungsluft beim herkömmlichen System (ältere Erfindung 2) 1
zusätzlicher Brennstoff (Schweröl) 1,0 1/h vorliegende Erfindung Vergleichsbeispiel (ältere Erfindung 2) Primär-Verbrennungsofen Sekundär-Verbrennungsofen (Anmerkung) Eine Kreismarkierung stellt einen Fall dar, wo zusätzlicher Brennstoff verwendet wurde. Eine Markierung in Form einer unterbrochenen Linie stellt einen Fall dar, wo kein zusätzlicher Brennstoff verwendet wurde. Menge an zugeführter Verbrennungsluft (als Luftverhältnis) vorliegende Erfindung Vergleichsbeispiel (ältere Erfindung 2) Primär-Verbrennungsofen Sekundär-Verbrennungsofen (Anmerkung*) 0,3 auf der oberen Seite und 0,3 auf der unteren Seite
Tabelle 2 zeigt Ergebnisse die aus Betriebsvorgängen unter den oben genannten Bedingungen abgeleitet wurden. Tabelle 2 vorliegende Erfindung Vergleichsbeispiel Ofentemperatur Zustand der Schlackeablagerungen auf der Stirnfläche auf der in Strömungsrichtung oberen Seite des Ofens obere Zone Zwischenzone untere Zone keine Schlacke abgelagert. Ofentemperatur wurde während des Betriebs stabil gehalten. Schlackeablagerung war nach 6-stündigem Betrieb nicht erkennbar.
Wie aus den obigen beiden Beispielen ersichtlich ist, ermöglicht es der Wirbelstromschmelzofen (d.h. der Sekundär- Verbrennungsofen) der vorliegenden Erfindung, über einen langen Zeitraum hinweg unter einer hohen Belastung eine kontinuierliche Verbrennung mit hohen Betriebswirkungsgrad zu erzielen.
Übrigens zeigt Fig. 3 graphische Darstellungen, die eine Beziehung zwischen einer Position und Temperatur im Verbrennungsofen in der in Strömungsrichtung oberen Zone a, der Zwischenzone b und der in Strömungsrichtung unteren Zone c darstellen, in Bezug auf einen Zustand I, wo eine Temperatur im Verbrennungsofen gesteuert wird, ebenso wie auf einen Zustand II, wo eine Temperatur im Verbrennungsofen im Zusammenhang mit einer von der Stauscheibe eingenommenen Stellung nicht gesteuert wird. Es ist offensichtlich, daß die Temperatur im Zustand I stabil gehalten wird.
Wie aus der obigen Beschreibung leicht ersichtlich ist, bietet das System der vorliegenden Erfindung die folgenden vorteilhaften Auswirkungen.
(1) Da einer Wärmebehandlung zu unterziehende Abfallstoffe in einem Bereich zwischen dem Primär-Verbrennungsofen und dem Mischer durch in der Verbrennungsluft enthaltene Wärmeenergie auf ein ausreichend hohes Temperaturniveau aufgeheizt werden, sind es nur wenige Faktoren, die die Hochtemperaturatmosphäre verschlechtern, wenn die Abfallstoffe in den Primär- Verbrennungsofen eingebracht werden.
(2) Da Hochdruck/Hochtemperaturwasser als Medium zum Entziehen von Wärmeenergie aus dem Ofenmantel verwendet wird, besitzt ein gießbares feuerfestes Material für den zweiten Verbrennungsofen eine Temperatur, die ausreichend geringer ist, als eine vorgebene Temperatur, bei welcher das gießbare feuerfeste Stoffe beschädigt wird, und eine Austauschhäufigkeit des gießbaren feuerfesten Materials gegen ein neues Material kann im Vergleich mit dem herkömmlichen System auf ein Viertel reduziert werden.
(3) Die Stauscheibe im Sekundär-Verbrennungsofen ist mit einer Öffnung in Form eines umgekehrten U ausgebildet, so daß die geschmolzene Schlacke selbst bei Vorhandensein der Öffnung in Form eines umgekehrten U einen Wehr-Effekt schaffen kann. Eine Anordnung der Stauscheibe gewährleistet, daß eine Verweilzeit von Abgas in einem verwirbelten Zustand im Sekundär- Verbrennungsofen verlängert werden kann, um das Fließvermögen der geschmolzenen Schlacke aufrechtzuerhalten.
(4) Die Anzahl an Einlaßöffnungen für in den Sekundär- Verbrennungsofen zuzuführende Zusatzverbrennungsluft können frei ausgewählt werden, während eine im stabilen Bereich im Sekundär-Verbrennungsofen zu verbrauchende Verbrennungsluftmenge vollständig gesteuert wird. Somit kann ein Betrieb des Sekundär-Verbrennungsofens mühelos und automatisch entsprechend der jeweiligen Gestaltung des Ofens durchgeführt werden.
(5) Es treten keine derartigen Störungen auf, wie diejenige, daß der Schlackenabzugskanal mit gekühlter/verfestigter Schlacke verstopft ist.
(6) Verbrennungsluft wird jedem Verbrennungsofen in einem verwirbelten Zustand zugeführt, während sie entlang der inneren Wandoberfläche des Verbrennungsofens in tangentialer Richtung strömt. Brennbare Bestandteile in den einer Wärmebehandlung zuzuführenden Abfallstoffen können bei einer Zufuhr einer reichlichen Menge an Sauerstoff in den Verbrennungsofen vollständig verbrannt werden.
(7) Entzug von Wärmeenergie aus dem Verbrennungsofen, Kühlung der zylindrischen Konstruktion des Verbrennungsofens und Zufuhr von Wärmeenergie zum Mischer kann unter Verwendung eines Wassermantels und eines Wärmetauschers fehlerlos gesteuert werden. Zusätzlich können die Durchflußgeschwindigkeit, der Druck und die Temperatur der durch den Wassermantel und den Wärmetauscher fließenden Wärmeübertragungsmedien ohne ein besonderes Erfordernis einer Wartung frei eingestellt werden.
Als nächstes wird ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in einem geschmolzenen Zustand in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 15 bis 18 und die Figuren 21 bis 24 ausführlich beschrieben.
Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird, besteht der Sinn der vorliegenden Erfindung darin, daß Abfallstoffe in Form von in Abgas schwebendem Staub in einem geschmolzenen Zustand behandelt werden.
Bezugnehmend auf Figur 15 werden einer Wärmebehandlung zu unterziehende Abfallstoffe (C) über eine Aufgabeeinrichtung 111 in einen Trockner 100 eingebracht, so daß sie unter Verringerung seines Eigengewichts getrocknet werden. Die getrockneten Abfallstoffe C werden mit Verbrennungsluft A mit einer Temperatur von 400 bis 600 ºC in einem Mischer 102 gut durchmischt und danach werden die vorgewärmten Abfallstoffe C einem Schmelzofen 103 zugeführt. Falls erforderlich wird der Schmelzofen 103 zusätzlich mit Brennstoff B gespeist, so daß unbrennbare Stoffe in den Rohstoffen C bei einer hohen Temperatur von 1350 bis 1450 ºC in einem Wirbelstrom in geschmolzene Schlacke HH überführt werden, während brennbare Stoffe in den Abfallstoffen vergast und als Abgas D nach außen abgeführt werden. Die in einem fließenden Zustand auf dem Boden des Schmelzofens 103 abgelagerte geschmolzene Schlacke H wird als gekühlte Schlacke EE über eine Schlackenabzugseinheit 105, die mit einer Schlackenkühleinrichtung (nicht dargestellt) ausgerüstet ist, aus dem System heraus abgezogen.
Andererseits enthält Gas im Schmelzofen 103 Flugstaub FF in Form feiner Tröpfchen aus geschmolzener Schlacke und verläßt dann den Schmelzofen 103 als Abgas D mit einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 1300 ºC. Das Abgas tritt über einen Abgasdurchlaß 117 in eine Flugstaubbeseitigungseinheit 104 ein, während es einen Wirbelstromzustand annimmt. Da die geschmolzene Schlacke J, vergleiche Fig. 16 und 17, im Abgas D im oben beschriebenen Wirbelstromzustand in die Staubbeseitigungsanlage 104 eingebracht wird, wird eine Zentrifugalkraft auf die geschmolzene Schlacke J ausgeübt, so daß die letztere in engen Kontakt mit der inneren Wandoberfläche der Schlackenbeseitungseinheit 104 gerät. Dann sinkt die geschmolzene Schlacke J durch ihr Eigengewicht gegen eine Gegenströmung des Abgases D in den Schmelzofen 103 ab, über die Schritte eines Agglomerierens der geschmolzenen Schlacke J auf der inneren Oberfläche der Staubbeseitigungseinheit 104, einer Verlagerung der geschmolzenen Schlacke J entlang der Bodenoberfläche der Staubbeseitigungseinheit 104, einer Bildung eines Stroms der geschmolzenen Schlacke J, eines Verlagerung des Schlackenstroms auf der geneigten Bodenoberfläche der Staubbeseitigungseinheit 104 und ein Verlagern des Schlackenstroms in den Schmelzofen 103 über eine Abgaseinlaßöffnung 118. Als Folge davon wird die geschmolzene Schlacke J durch den Gegenstrom des Abgases D erhitzt und erhält dadurch wieder ein Fließvermögen, wodurch die geschmolzene Schlacke J mit der auf dem Boden des Schmelzofens 103 abgelagerten geschmolzenen Schlacke HH vermischt wird und wobei das Schlackengemisch über eine Abfallstoffabzugseinheit 105 nach außen aus dem System abgezogen wird.
Nachdem eine Anzahl schwebender feiner Tropfen aus geschmolzenem Staub in der Staubbeseitigungseinheit 104 aus dem Abgas KK entfernt wurden, wird das Abgas KK mit einer Temperatur von mindestens etwa 1000 ºC in die Aufheizseite eines Luftvorwärmers 107 eingespeist, in welchem seine Temperatur auf ein Niveau von etwa 200 ºC oder weniger verringert wird, so daß die Wärmeenergie des Abgases KK verwertet wird, um Verbrennungsluft A vorzuheizen. Dann wird das Abgas KK weiter einem Kessel 109 zugeführt, in welchem die restliche Wärmeenergie des Abgases KK verwertet wird.
Nachdem das Abgas den Kessel 109 verläßt, wird in einem Abgaswäscher 110 restlicher Staub im Abgas entfernt, und es wird schließlich mittels eines Gebläses 108 aus dem System nach außen abgegeben. In Fällen, wo es erforderlich ist, daß Staub im Abgas im Abgaswäscher 110 vollständiger entfernt wird, wird dem Abgaswäscher 110 ein elektrischer Trockenstaubabscheider (nicht dargestellt) hinzugefügt.
Der Luftvorwärmer 107 wird so eingesetzt, daß die Verbrennungsluft A durch die Wärmeenergie des Abgases KK von Raumtemperatur auf ein höheres Niveau im Bereich von 400 bis 600 ºC vorgeheizt wird, und die vorgeheizte Luft wird schließlich zum Erhitzen der Rohstoffe verwertet, die im Trockner 100 getrocknet werden. Um zu verhindern, daß sich der Abfallstoffabzugkanal 136 mit der geschmolzenen Schlacke KK zusetzt, bevor sie die Abfallstoffabzugseinheit 100 erreicht, sollte vorzugsweise eine zusätzliche Meizeinheit (nicht dargestellt) zum zusätzlichen Aufheizen der geschmolzenen Schlacke HH am Abzugsbereich (nicht dargestellt) des Schmelzofens 103 angeordnet sein, um das Fließvermögen der geschmolzenen Schlacke zufriedenstellend aufrechtzuerhalten.
Als nächstes wird die Staubbeseitigungseinheit 104 nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 16 bis 18 ausführlicher beschrieben.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, erreicht das Abgas D mit darin enthaltenem Flugstaub vom Schmelzofen 103 aus über einen Abgasdurchlaß 117 eine Abgaseinlaßöffnung 118 am unteren Ende der zylindrischen Staubbeseitungseinheit 104, die in horizontaler Richtung mit einem gewissen Aufwärtsneigungswinkel THETA, z.B. im Bereich von 2 bis 40 Grad installiert ist. Eine Fließgeschwindigkeit des in die Staubbeseitigungseinheit 104 eintretenen Abgases wird innerhalb des Bereichs von 15 bis 60 m/s gesteuert, vorzugsweise höher als 30 m/s. Wie man am besten in Fig. 17 sieht, ist die Abgaseinlaßöffnung 181 so gestaltet, daß sich ihre Oberseite tangential zur Innenwand 183 der Staubbeseitigungseinheit 104 erstreckt, so daß im Inneren der Staubbeseitigungseinheit 104 ein Wirbelstrom erzeugt wird, so daß das Abgas D entlang der zylindrischen Innenwand der Staubbeseitigungseinheit 104 strömen kann. Weiter ist die untere Seite der Abgaseinlaßöffnung 181 so gestaltet, daß sich die tiefste Oberfläche 182 der zylindrischen Struktur der Staubbeseitigungseinheit 104 einschließt, wodurch die geschmolzene Schlacke J aus Flugstaub mühelos aus der Staubbeseitigungseinheit 104 hinab zum Schmelzofen 103 verlagert werden kann.
Das Abgas D mit darin enthaltenem Flugstaub, das in die Staubbeseitigungseinheit 104 eingebracht worden ist, wird in einen Wirbelstrom überführt, um über einen vorgegebenen Zeitraum in der Staubbeseitigungseinheit 104 zu verweilen. Die Verweilzeit kann erforderlichenfalls durch eine Stauscheibe 141 auf der in Strömungsrichtung unteren Seite der Staubbeseitigungseinheit 104 eingestellt werden.
Infolge einer derartigen Zufuhr des Abgases D ins Innere der zylindrischen Konstruktion der Staubbeseitigungseinheit 104 wird stets eine Zentrifugalkraft auf das innerhalb der Atmosphäre der Staubbeseitigungseinheit 141 verweilende Abgas D ausgeübt. Somit werden geschmolzene Schlacketröpfchen aus Flugstaub auf der zylindrischen Innenwandoberfläche der Staubbeseitigungseinheit 104 unter der Einwirkung der zuvor genannten Zentrifugalkraft abgeschieden. Im Fall, daß festgestellt wird, daß Flugstoffe ungeschmolzenen Flugstaub in Form von Stoffen in Feststoffphase oder pulverigen Stoffen enthalten, werden in einer Zwischenzone der zylindrischen Konstruktion der Staubbeseitigungseinheit 104 Heizvorrichtungen, d.h. Zufuhreinheiten 131 und 132 für Sekundär-Verbrennungsluft angeordnet, so daß sämtliche abgeschiedenen Flugstoffe verflüssigt werden.
Auf diese Weise wird der auf der inneren Wandoberfläche der zylindrischen Konstruktion der Staubbeseitigungseinheit 104 angesammelte Flugstaub unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften und seiner eigenen Schwerkraft abwärts verlagert und im Laufe der Verlagerung zunehmend massiert, bis er sich unter Bildung eines massierten Stroms auf der Bodenoberfläche der zylindrischen Konstruktion der Staubbeseitigungseinheit 104 sammelt. Dadurch wird eine Bodenströmung der geschmolzenen Schlacke J entlang der Bodenoberfläche erzeugt, die sich von der in Strömungsrichtung unteren Seite abwärts zur in Strömungsrichtung oberen Seite der Staubbeseitigungseinheit 104 erstreckt.
Andererseits wird das Abgas KK, aus welchem Flugstaub vollständig entfernt worden ist, einer nachfolgenden Stufe zugeführt, d.h. über eine Abgasauslaßöffnung 119 auf der in Strömungsrichtung unteren Seite der Staubbeseitigungseinheit 104 zu einem Abgasbehandlungsbereich.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist um die äußere Wandoberfläche der Staubbeseitigungseinheit 104 herum ein Mantel (nicht dargestellt) angebracht und mit einem flüssigen Medium gefüllt, um zu verhindern, daß die zylindrische Konstruktion der Staubbeseitigungseinheit 104 übermäßig heiß wird. Das erhitzte flüssige Medium wird aus dem Mantel entnommen, so daß es einer Wärmeenergie- Verwertungseinrichtung zugeführt werden kann, die an einer getrennten Stelle angeordnet ist, wo die entnommene Wärmeenergie verwertet wird.
Unten erfolgt nun hier eine Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher um die äußere Wandoberfläche der Staubbeseitigungseinheit 104 herum kein Mantel zur Verwertung von Wärmeenergie angebracht ist.
Die Staubbeseitigungseinheit 104 war derart aufgebaut, daß sie einen Durchmesser von 0,4 m und eine Länge 3,3 mm besaß, gemessen entlang der inneren Wandoberfläche als Bezug für eine Messung, daß die Außenwand aus weichem unlegiertem Stahlblech hergestellt war, daß die Innenwand mit einer wärmeisolierenden Silika-Platte als Zwischenschicht ausgekleidet war, daß die innerste Wand, die angepaßt war, um in Berührung mit Abgas zu treten, mit einem giesbaren, gegen Hitze widerstandfähigen keramischen Material ausgekleidet war und daß die zylindrische Konstruktion der Staubbeseitigungseinheit 104 in einem geneigten Zustand mit einem Neigungswinkel THETA von 3 Grad installiert war. In Fällen, wo festgestellt wird, daß die geschmolzene Schlacke geschmolzene Bestandteile enthält, die jeweils eine höhere Viskosität aufweisen, wird der Neigungswinkel THETA in geeigneter Weise auf einen größeren Wert eingestellt, als den der vorgehenden Ausführungsform. Übrigens wurden als Rohstoffe getrockneter Schlamm aus einer Abwasserbehandlung verwendet.
Ergebnisse aus Betriebsvorgängen, die mit dem System der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, sind in Tabelle 3 dargestellt. Fall I und Fall II zeigen Ergebnisse aus Betriebsvorgängen, die mit dem System der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden. Fall III zeigt Ergebnisse aus Betriebsvorgängen, die mit demselben herkömmlichen System wie dem im Fall I und Fall II durchgeführt wurden, mit der Ausnahme, daß für das System der vorliegenden Erfindung benötigte Einheiten nicht eingesetzt wurden. In der Tabelle stellt der Wirkungsgrad der Abscheidung von Flugstoffen Ergebnisse dar, die man aus Messungen am Abgaskanal 117 des Schmelzofens 103 abgeleitet hat. Tabelle 3 Ergebnisse aus Betriebsvorgängen des Systems der vorliegenden Erfindung I. Temperaturbedingungen Fall Temperatur des Schmelzofens Temperatur der vertikalen Leitung Auslaßtemperatur der geneigten zylindrischen Struktur Einlaßgas-Fließgeschwindigkeit in der geneigten zylindrischen Struktur II. Ausgangsbedingungen der zugeführten Rohstoffe Dem Schmelzofen zugeführte Menge an Rohstoffen Menge an anorganischen Stoffen im Rohstoff III. Physikalische Eigenschaften der Rohstoffe Art Schlamm aus Abwasser Bestandteil Erzeugte Wärmemenge (höherer Wert auf der Grundlage der Schmelztemperatur von anorganischem Material organisches Material anorganisches Material Feuchtigkeit IV. Wirkungsgrad der Abscheidung von Flugstoffen Fall Erzeugte Schlackenmenge Abscheidungsgrad von anorganischem Material
Um das Verständnis der Ausführungsform der Figuren 15 bis 18 der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, ist es hilfreich, daß für das System der zweiten Erfindung erforderliche wesentliche Bestandteile und Medien in der folgenden Weise durch Bezugsziffern und Bezugsbuchstaben dargestellt werden.
In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 106 einen Luftvorwärmer (Wärmeaufnahmeseite), die Bezugsziffer 112 bezeichnet eine Rohstoffeinlaßöffnung, die Bezugsziffer 113 bezeichnet eine Auslaßöffnung für getrocknete Rohstoffe, die Bezugsziffer 114 bezeichnet einen Förderweg für getrocknete Rohstoffe, die Bezugsziffer 115 bezeichnet eine Einlaßöffnung für getrocknete Rohstoffe, die Bezugsziffer 116 bezeichnet eine Abgasauslaßöffnung, die Bezugsziffer 118 bezeichnet eine Abgaseinlaßöffnung, die Bezugsziffer 120 bezeichnet einen Durchlaß für staubfreies Abgas, die Bezugsziffer 121 bezeichnet eine Einlaßöffnung für staubfreies Abgas, die Bezugsziffer 122 bezeichnet eine Auslaßöffnung für Abgas, dem die Wärme entzogen wurde, die Bezugsziffer 123 bezeichnet einen Durchlaß für Abgas, dem die Wärme entzogen wurde, die Bezugsziffer 124 bezeichnet eine Einlaßöffnung für Abgas dem die Wärme entzogen wurden, die Bezugsziffer 125 bezeichnet einen Förderweg für wiedererhitzte Energie (Dampf oder heißes Wasser oder Gas), die Bezugsziffer 126 bezeichnet eine Auslaßöffnung für nicht verwendetes Abgas, die Bezugsziffer 127 bezeichnet einen Durchlaß für nicht verwendetes Abgas, die Bezugsziffer 128 bezeichnet eine Abgaswäschereinlaßöffnung, die Bezugsziffer 129 bezeichnet einen Abgaswäscherauslaß, die Bezugsziffern 131 und 132 bezeichnen jeweils eine Zufuhreinheit für Sekundär-Verbrennungsluft, die Bezugsziffer 133 bezeichnet eine Auslaßöffnung für erhitzte Primärluft, die Bezugsziffer 134 bezeichnet einen Durchlaß für erhitzte Primärluft, die Bezugsziffer 135 bezeichnet eine Ofenauslaßöffnung für erhitzte Abfallstoffe, die Bezugsziffer 137 bezeichnet eine Einlaßöffnung für erhitzte Abfallstoffe, die Bezugsziffer 138 bezeichnet eine Auslaßöffnung für abgekühlte Abfallstoffe, die Bezugsziffer 139 bezeichnet einen Durchlaß für gekühlte Abfallstoffe, die Bezugsziffer 140 bezeichnet einen Zyklon, die Bezugsziffer 141 bezeichnet eine Stauscheibe, die Bezugsziffer 142 bezeichnet ein Lager für Abfallstoffe, die Bezugsziffer 143 bezeichnet eine untere Abgasauslaßöffnung, die Bezugsziffer 150 bezeichnet eine Steueröffnung für nicht verwendetes Abgas, die Bezugsziffer 151 bezeichnet ein Primärluftdurchlaß, die Bezugsziffer 152 bezeichnet eine Einlaßöffnung für zu erhitzende Primärluft, die Bezugsziffer 160 bezeichnet eine Auslaßöffnung für Flugabfallstoffe, die Bezugsziffer 182 bezeichnet die untere Seite einer Abgaseinlaßöffnung, die Bezugsziffer 183 bezeichnet die obere Seite einer Abgaseinlaßöffnung, die Bezugsbuchstaben RR bezeichnen Flugstaub, die Bezugsbuchstaben GG bezeichnen ein Gemisch aus Luft und Rohstoffen, das wärmebehandelt werden soll, und die Bezugsbuchstaben LL bezeichnen ein Abgas vom unteren Teil eines Zyklons.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich wird, bietet das System gemäß den Figuren 15 bis 18 die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
(1) Das System kann mit niedrigen Kosten gestaltet werden, da Kosten lediglich für einen Betrieb im Abfallstoff- Verbrennungsofen anfallen.
(2) Bei dem System der vorliegenden Erfindung kann Flugstaub in der Atmosphäre mit einer hohen Temperatur leicht mit einem hohen Wirkungsgrad entfernt werden, ohne eine Gefahr, daß dadurch eine Störung verursacht wird, bei der sich wichtige Einheiten mit den Abfallstoffen zusetzen.
(3) Die bei der Staubbeseitigung erzeugte Wärme kann anstatt für das System der vorliegenden Erfindung wirksam für andere technische Systeme verwertet werden.
(4) Ein mit dem System der vorliegenden Erfindung verbundenes nachfolgendes Verfahren oder eine nachfolgende Stufe können mit einem wesentlich verbesserten Wirkungsgrad betrieben werden. Somit kann das gesamte System mit geringeren Kosten gesteuert und aufrechterhalten werden.
Während ein System zum Behandeln von Abfallstoffen in geschmolzenem Zustand oben unter Bezugnahme auf zwei typische Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht sich selbstverständlich, daß diese Systeme nicht nur darauf beschränkt sind, sondern daß unterschiedliche Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne von dem System abzuweichen, wie es in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.

Claims

1. System zur Behandlung von in Form von Schlamm vorliegenden Abfallstoffen, umfassend:

einen Trockner (l) zum Trocknen des Schlamms;

einen Mischer (13) zum Mischen des getrockneten Schlamms mit Verbrennungsluft bei einer Temperatur von 400 bis 600 ºC;

einen Primär-Verbrennungsofen (2) zum Aufnehmen des so vorgewärmten Schlamms und zum teilweisen Verbrennen desselben in einer Wirbelstrom-Atmosphäre bei einer Temperatur von 1000 bis 1200 ºC, um ein verwirbeltes Gemisch zu erzeugen;

einen Sekundär-Verbrennungsofen zum Aufnehmen des besagten verwirbelten Gemischs aus dem Primär-Verbrennungsofen (2), wobei der besagte Sekundär-Verbrennungsofen in einem Wirbelstromzustand bei einer Temperatur von 1350 bis 1450 ºC betrieben wird, um die Schlacke zu schmelzen, und eine Mehrzahl von Vorrichtungen (31, 32) zum Anheben der Temperatur aufweist, die im Abstand voneinander in einem Bereich angeordnet sind, der sich von der in Strömungsrichtung oberen Seite zur in Strömungsrichtung unteren Seite des Sekundär- Verbrennungsofens (3) erstreckt, um Verbrennungsluft in einem getrennten Zustand zuzuführen;

wobei der besagte Sekundär-Verbrennungsofen (3) von einem Wasserheizmantel (36) umgeben ist, der dazu dient, vom Trockner (1) kommendes Kondenswasser mit einer Temperatur von weniger als etwa 90 ºC auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 180 bis 190 ºC zu erhitzen;

einen Kessel (9) um heißes Wasser aus dem Wasserheizmantel (36) und aus dem Sekundär-Verbrennungsofen (3) abgeführtes Abgas aufzunehmen, um in dem besagten Kessel Dampf zu erzeugen;

Vorrichtungen zum Verringern des Dampfdrucks auf ein gewisses Niveau und Vorrichtung um den besagten Dampf mit verminderten Druck als Heizmedium zum Trockner (1) zu leiten;

einen Schlackenabzugsbereich (4) zum Aufnehmen von geschmolzener Schlacke aus dem Sekundär-Verbrennungsofen (3);

eine Einheit (6) zum Entfernen von Flugstaub aus Abgas;

Vorrichtungen (22, 31, 32) zum Erhöhen der Frischlufttemperatur, umfassend einen Wärmetauscher zum Übertragen von Energie aus dem Abgas auf die besagte Frischluft, und Vorrichtungen zum Verteilen der derart vorgewärmten Frischluft als Verbrennungsluft für eine Verbrennung im Primär-Verbrennungsofen (2) und im Sekundär- Verbrennungsofen (3).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primär-Verbrennungsofen (2) zum Erzeugen des besagten Wirbelstroms von Verbrennungsgas im Sekundär-Verbrennungsofen (3) bezüglich der inneren Wandoberfläche des Sekundär- Verbrennungsofens (3) in einer tangentialen Beziehung mit dem Sekundär-Verbrennungsofen (3) verbunden ist, daß der Sekundär- Verbrennungsofen (3) in einer im wesentlichen horizontalen Richtung so angebracht ist, daß die in Störmungsrichtung obere Seite bezüglich der in Strömungsrichtung unteren Seite angehoben ist, so daß der Sekundär-Verbrennungsofen (3) eine geneigte Lage einnehmen kann, daß eine Stauscheibe (33) mit einer darauf gebildeten Öffnung in Form eines umgekehrten U in der Nähe des in Strömungsrichtung unteren Endes des Sekundär- Verbrennungsofens (3) angeordnet ist, und daß jede der Vorrichtungen (31, 32) zur Erhöhung der Temperatur zusätzlich zu der besagten Verbrennungsluft-Zufuhröffnung mit einer Verbrennungsluft-Zufuhröffnung oder einem Hilfsbrenner versehen ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundär-Verbrennungsofen (3) an seinem in Strömungsrichtung unteren Ende mit einem zungenförmigen konkaven Schlackenabzugskanal (34) versehen ist, wobei der Schlackenabzugkanal (34) aus dem Boden des Sekundär- Verbrennungsofens (3) in Richtung des Schlackenabzugsbereichs (4) übersteht.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Strömungsrichtung unten am Sekundär-Verbrennungsofens (3) angeordnete Schlackenabzugsbereich (4) an seinem unteren Endteil mit einem Schlackenkühlbereich (5) versehen ist, daß der Schlackenkühlbereich (5) versehen ist mit einem Drehschlackenkühler (18), auf welchem die geschmolzene Schlacke durch ihr Eigengewicht hinabfällt; einem Schlackenabstreifer (17) um die geschmolzene Schlacke, die an der Oberfläche des Drehschlackkühlers (18) thermisch anhaftet, zu entfernen und nach außen abzuführen, und Vorrichtungen, durch welche der Drehschlackenkühler (18) von einem Kühlmittel mit Raumtemperatur gekühlt wird, wobei das besagte Kühlmittel ins Innere des Drehschlackenkühlers (18) fließt und dann bei einer erhöhten Temperatur zu einer Zufuhrquelle zurückkehrt.