DE69511030T2

DE69511030T2 - Verfahren zur Energierückgewinnung aus festen Abfallstoffen

Info

Publication number: DE69511030T2
Application number: DE69511030T
Authority: DE
Inventors: Enrico Calcaterra; Giuseppe Natta; Marco Tugnoli
Original assignee: Ecodeco SpA
Current assignee: Ecodeco Srl Milano It
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-05-11
Also published as: ATE182491T1; DE69511030D1; CA2159788A1; CA2159788C; EP0706839B1; ES2133612T3; US5735225A; JPH08206633A; GR3031516T3; IT1270115B; DK0706839T3; EP0706839A1; JP4070251B2; ITMI942013A0; ITMI942013A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Energierückgewinnung aus Abfallstoffen.
Abfall wird fortlaufend gesammelt und wird energierückgewinnenden Verbrennungsanlagen zugeführt oder vorbehandelt, um RDF zu erzeugen.
Im Fall der Sammlung über ausgedehnte Gebiete gibt es Umladestellen, wo der Abfall gesammelt wird und verdichtet wird, um Transportkosten zu reduzieren.
RDF Produktionsanlagen haben die Zermahlung des Abfalls und die Trennung der faulenden Komponenten von den brennbaren und von den anorganisch-basierenden, wie zum Beispiel Metalle und Glas, zur Folge.
Die Trennung ist sehr kompliziert und der getrennte verbrennbare Anteil, der nach wie vor mit übelriechenden Faulsubstanzen kontaminiert ist, geht nicht im allgemeinen über 30% hinaus.
In RDF-Systemen wird der faulende Anteil teilweise zu Kompost oxidiert, der keine nützliche Anwendung findet und auf Deponien im allgemeinen beseitigt wird.
Anorganische Stoffe, die in diesen Anlagen wiedergewonnen werden, sind ebenfalls im allgemeinen übelriechend und sind schwierig im Wiedergebrauch.
Verbrennungssysteme haben andererseits eine sehr geringe Energieausbeute, weil der Abfall gebildet wird durch ungleichmäßige Schichten von grob sortierten Stoffen mit einem variablen Brennwert.
Folglich ereignet sich die Verbrennung in mit einem Rost versehenen Systemen oder, unter größeren Schwierigkeiten, in Wirbelschichtsystemen, in denen die Energieausbeute sehr niedrig ist.
Ferner gibt es in der Verbrennungszone signifikante Mengen an Abfall, die eine lange Zeit benötigen, um vollständig zu verbrennen, was außerdem zur Folge hat, daß die Einstellung und die Stillsetzung des Systems lang ist, und eine komplizierte Bedienung im Notfall zur Folge hat.
US-A-4,203,376 offenbart ein Verfahren zur Kompostierung von festen organischen Abfall mittels einer rotierenden Trommel.
GB-A-974,047 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Hausabfall in zwei Gärungsstufen.
FR-A-2,694,550 bezieht sich auf ein Verfahren zur Dehydratisierung von organischen Schlämmen.
DE-A-28,35,230 und DE-A-31,09,120 beschreiben Verfahren zur Behandlung von Haushaltsmüll unter anaerobischen Bedingungen.
EP-A-487,052 offenbart einen Abfallverbrennungsofen und dessen Anwendung.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Energierückgewinnungsverfahren zu schaffen, das gewährleistet, die Energie, die durch Abfallverbrennung erzeugt wird, mit einem Wirkungsgrad zurückzugewinnen, der mindestens 50% höher ist als der der früheren Verfahren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, bei dem es nicht nötig ist, den Abfall in seine verschiedenen Bestandteile zu trennen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die Umweltbelastung übermäßig zu reduzieren, in Hinsicht auf konventionelle Systeme. Eine weitere wichtige Aufgabe ist es, ein Verfahren zu schaffen, das einen deutlich höheren Energie-Wirkungsgrad hat, als herkömmliche Systeme.
Dieses Ziel, diese Aufgaben und andere, die nachstehend offenbar werden, werden erreicht durch ein Verfahren gemäß der Erfindung, wie sie in den anhängigen Ansprüchen beansprucht ist.
Weitere Merkmale und Vorteile werden offenbar werden aus der Beschreibung eines bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die erste Stufe des Verfahrens, die biologische Stufe, besteht aus einer groben Mahlung der Abfallstoffe (ohne den Abfall in seine Bestandteile zu trennen); aus einer nachfolgenden Vergärung des gemahlenen Abfalls in der Anwesenheit von Luft; und aus der Verdichtung des entstandenen Materials.
Die festen Komponenten des Abfalls ermöglichen es, eine Masse zu erhalten, die durchlässig für Luft ist und durch die die Luft veranlaßt wird, hindurch zu strömen, wodurch ein Druckgefälle ausgebildet wird, sogar in dicken Schichten (bis zu annähernd 18 Meter Dicke).
Um diesen Arbeitsvorgang ohne Umweltbelastung auszuführen, wird die Gärung in geschlossenen Räumen ausgeführt und die Luft wird, nachdem sie durch die Abfallschicht hindurchgetreten ist, zu einem Biofilter gesandt, der im allgemeinen im oberen Teil des geschlossenen Raumes vorgesehen ist.
Die Gärung beginnt spontan, nachdem das vergorene Material in der Abfallmühle gemischt wird, und erzeugt einen Anstieg in der Temperatur der Masse bis annähernd 65-70ºC; die Vergärung setzt sich dann weiter fort, bis der mehr faulende Teil vollständig verbrannt ist bei gleichzeitiger Verdampfung zum größten Teil des Wassers, das in den Abfallstoffen enthalten ist.
Der Wassergehalt geht von ungefähr 35-50% auf 15-20% mit einem nachfolgenden Anstieg im reinen Brennwert.
Die Vergärungszeit reicht von 15 bis 20 Tagen gemäß der relativen Feuchtigkeit der Luft, die eingeführt und/oder angesaugt wird, und gemäß dem Feuchtigkeitsgehalt der Abfallstoffe. Wenn kaltes Wasser, oder ein anderes Wasser-Dehydralisierungssystem zur Verfügung steht und die Umgebungsfeuchtigkeit und -temperatur hoch sind, kann es angemessen sein, die Luft zu trocknen, bevor sie in die Abfallschicht geblasen wird, um die Vergärungszeit zu verringern.
Der Abfall kann der Mühle zugeführt werden, kann in die Vergärungsschicht gegeben werden und kann daraus auf eine vereinfachte und automatische Weise gewonnen werden mittels eines von einem Automaten angetriebenen Fahrkran.
Nach dieser biologischen Verbrennungsstufe ist der Abfall vollkommen geruchlos, besitzt einen guten Wasserwiderstandsindex, kann leicht verdichtet werden und hat einen Gewichtsverlust von ungefähr 25-30% erfahren.
Wenn der vergorene Abfall aus einer Sammlung stammt, in der Glas getrennt gesammelt wurde, nachdem die Metalle mittels eines Magneten entfernt wurden, hat der Abfall einen Aschengehalt von nicht mehr als 20%, einen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 15-20% und einen reinen Brennwert, der höher ist als 3000 kcal/kg und kann daher als RDF klassifiziert werden.
Wenn eine separate Glassammlung nicht vorgesehen ist, kann die Menge der Asche höher sein und es ist daher nötig, neben dem städtischen festen Abfall, einen ebenfalls ähnlichen Abfall zu beschaffen, der einen niedrigeren Aschengehalt hat, oder das nach der Vergärung erhaltene Material zu sieben, indem der leichte organische Staub, der der Abfallmasse beigemengt wird, zu entfernen mittels von Luftströmen im Abscheidungsauslaß.
Die Haupteigenschaft dieses Materials, neben dem hohen reinen Heizwert, ist, daß es leicht und preiswert in Stücke gemahlen werden kann, die einen mittleren Durchmesser von weniger als einen Zentimeter besitzen.
Das verdichtete Material ist daher ein mahlbares Material, dessen Verbrennung in der zweiten Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindung in einer lufteingeblasenen Flamme, wie zum Beispiel die Verbrennung von Feinkohle, geschehen kann.
Ferner ist das verdichtete Material vollkommen geruchlos und leicht, um sowohl in Ballen als auch in Preßlingen zu verdichten und kann deshalb leicht transportiert werden, sogar zu entfernten Verbrennungseinrichtungen.
Das verdichtete Material kann leicht gelagert werden ohne Umweltbelastung, nachdem es mit einem Polyethylenfilm undurchlässig gemacht wurde, weil es geruchlos ist, sogar in Deponien, aus denen es wiedergewonnen wird, um zur Verbrennung geschickt zu werden.
Die zweite Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht aus der Verbrennung des behandelten und verdichteten Materials.
Die Verbrennung in einer lufteingeblasenen Flamme kann sowohl in industriellen Anlagen, wie zum Beispiel Zementfabriken oder in bestimmten Anlagen geschehen.
Diese Art der Verbrennung ermöglicht einen sehr hohen Energiewirkungsgrad in sehr einfachen Anlagen, die auch sehr weit weg sein können von den Stellen, an denen das verdichtete Material hergestellt wird.
Das folgende Beispiel gestattet es, die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung besser zu verstehen.

Beispiel:

Abfall, der aus der städtischen Sammlung stammt, wurde in einer Drehmühle mit einer Kapazität von 150 cu m/h verrissen. Das Material, das erhalten wurde, hatte einen mittleren Durchmesser von 5 bis 50 cm. Der Energieverbrauch war 3-3,5 kW/ton.
Das daraus erhaltene Material wurde auf einem porösem Lager angehäuft, das 6 m hoch war und in das Luft angesaugt wurde mit einer linearen Flußrate in der Größe 0,5 cm/sec.
Die angesaugte Luft wurde an einen Biofilter geschickt, der aus einer Torfschicht bestand, die vermischt war mit Holzrinde, der annähernd 80 cm hoch war und in dem die Luft veranlaßt wurde zu fließen bei einer Rate von annähernd 5 cm/sec.
Es wurde kein Geruch entdeckt im oberen Teil des Biofilters, weil die geruchproduzierenden Komponenten der Emissionen herabgesetzt wurden.
Nach 18 Tagen erreichte die Feuchtigkeit 17%; der Abfall wurde der Entferrisation ausgesetzt und wurde gesiebt, um den feinen anorganischen Bestandteil zu eliminieren, der überwiegend aus Glas bestand.
Die bakterielle Belastung, ausgedrückt als totale coliforme Keime sank um eine Größenordnung von 108 auf 103 ufc/ml.
Der so behandelte Abfall war geruchlos und wurde nachfolgend in Ballen zusammengepreßt, von denen jeder 1,5 Tonnen wog.
Ein Teil des verdichteten Materials wurde überzogen mit einem Polyethylenfilm und wurde in einer Deponie auf einer undurchlässigen Fläche angeordnet; ein Teil wurde in einer Deponie ohne Abdeckung angeordnet und ein Teil wurde einer Feinzermahlung zugeführt.
Das Regenwasser, das über 10 Monate auf annähernd 400 Tonnen des überzogenen, verdichteten Materials fiel, wurde auf der undurchlässigen Fläche gesammelt und anschließend analysiert; es wurde herausgefunden, das es innerhalb der Spezifikationen der Tabelle A des italienischen Gesetz Nr. 915192 und geeignet zur Förderung ist.
Das BOD des Wassers, das über 10 Monate unter dem verdichteten, nicht abgedeckten Material gesammelt wurde, war annähernd 1/l Otel von dem der städtischen Festmülldeponie.
In beiden Fällen war das verdichtete Material keiner weiteren signifikanten Gärung ausgesetzt während der Lagerperiode, und es erhielt seine ursprünglichen Merkmale.
Das verdichtete Material, das für die feine Zermahlung vorgesehen war, wurde zermahlen mit einem veränderten Klingenmahlwerk zu einem mittleren Durchmesser von 1 cm. Der Energieverbrauch betrug 12 kW/ton.
Das derart erhaltene feine Material wurde transportiert mit einer Luftmenge, die zu 600 cu m/ton gleich ist, und wurde in eine Verbrennungskammer gegeben mit einem Durchmesser von 3 cm und einer Länge von 3 m, die vorgeheizt war auf 900ºC in der Anwesenheit von einer Methan-Zündflamme.
Die Verbrennung geschah vollständig und die Asche hatte einen organischen Substanzinhalt von weniger als 12 ppm.
In der Praxis wurde beobachtet, daß die Erfindung das beabsichtigte Ziel und die Aufgaben erreicht, indem ein Verfahren vorgesehen isf, das fähig ist, die Energie, die in festen Abfallstoffen enthalten ist, zu nutzen mit einem Wirkungsgrad, der 50% höher ist als herkömmliche Systeme.
Ein Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist, daß es eine hochwirksame Verbrennung des Abfalls gestattet kraft seines niedrigen Feuchtigkeitsgehaltes.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist, daß es möglich ist, die Verbrennungsanlage genau zu steuern, indem eine einfache Anpassung und Stillegung der Anlage bei Erfordernis gestattet wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist aufnahmefähig für zahlreiche Modifikationen und Variationen, die alle innerhalb des Anwendungsbereiches des erfinderischen Konzepts sind; alle Einzelheiten können ferner ersetzt werden durch technisch äquivalente Elemente.
Das verwendete Material, als auch die Dimensionen können selbstverständlich beliebig sein gemäß den Anforderungen und dem Stand der Technik.

Claims

1. Verfahren zur Energierückgewinnung aus Abfallstoffen, das die Schritte aufweist:

- die Abfallstoffe in einem geschlossenen Raum zu vergären und zu trocknen;

- die Geruch produzierenden Bestandteile, die aus dem Gärvorgang stammen, zu entfernen;

- und die getrockneten Stoffe zu verbrennen oder zu lagern; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin Schritte aufweist:

a) die Abfallstoffe grob zu mahlen;

b) die grob gemahlenen Abfallstoffe in einem geschlossenen Raum in Schichten, die bis zu 18 Meter dick sind, aufzuhäufen;

c) die Abfallstoffe in Anwesenheit von Luft, die veranlaßt wird, durch die genannten Schichten zu strömen, zu vergären und zu trocknen;

d) die Luft, nach Schritt c), einem Biofilter zuzuführen;

e) die Abfallstoffe zu vergüten durch

- Abscheidung;

- Beseitigung von Eisen und Metalle, und

- pneumatische Entfernung von leichten und feinen Stoffen;

f) die Endstoffe fein in Stücke zu mahlen, die einen mittleren Durchmesser von weniger als einen Zentimeter aufweisen, bevor sie gelagert oder verbrannt werden.

2. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeführte Luft vorher getrocknet wird.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des groben Mahlprozesses der Abfall zu Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von 5 bis 50 Zentimeter reduziert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemahlene Abfall für den Gärvorgang auf einem porösem Lager angesammelt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemahlene Abfall für den Gärvorgang in einer Schicht angesammelt wird, die 7 Meter dick ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biofilter aus einer Torfschicht, die vermischt ist mit Holzrinde, gebildet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsvorgang mit einer lufteingeblasenen Flamme ausgeführt wird.