DE69732394T2

DE69732394T2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von überhitztem dampf mittels wärme von abfallverbrennung

Info

Publication number: DE69732394T2
Application number: DE69732394T
Authority: DE
Inventors: Hirotoshi Kanazawa-ku HORIZOE; Yoshihito Kanazawa-ku SHIMIZU; Jun Kanazawa-ku SATO; Shizuo Naka-ku Yokohama-shi YASUDA; Yuji Naka-ku KAIHARA; Yoshimasa Naka-ku KAWAMI
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: EP0823590B1; KR100264723B1; SG96183A1; EP0823590A1; DE69732394D1; KR19990008177A; EP0823590A4; US6133499A; WO1997032161A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft die Erzeugung überhitzten Dampfs unter Verwendung städtischen Verbrennungsmülls oder Industrieabfalls, wobei mit der Wärmeenergie aus derartiger Verbrennung überhitzter Dampf erzeugt wird. Der überhitzte Dampf kann z.B. für ein Kraftwerk verwendet werden. Die Wärmeenergie aus der Verbrennung kann auch dazu verwendet werden, die sich aus der Verbrennung ergebende Asche zu schmelzen, damit sie erneut als Ressource verwendbar ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Im Stand der Technik verwenden Vorrichtungen zum Verbrennen von Abfall, wie städtischem Müll, häufig Fließbetteinrichtungen. Derartige Vorrichtungen blasen von unterhalb einer Dispersionsplatte (z.B. einer perforierten Platte) im Ofen, auf die Sand geliefert wird, Luft oder das Abgas aus der Verbrennung in das Fließbettmedium, das Sand sein kann. Das Material wird erwärmt und dadurch fluidisiert. Abfall, wie städtischer Müll, wird in das auf diese Weise ausgebildete Fließbett geleitet und verbrannt.
Die bei dieser Verbrennung erzeugten Gase können durch eine Auslassleitung ausgeblasen werden und in einen Dampferzeuger gelangen. Im Dampferzeuger wird durch Wärmekontakt mit erhitztem Wasser Dampf erzeugt. Der Dampf wird als Antriebsquelle für eine Turbine in einem Kraftwerk verwendet.
Organische Verbindungen wie Vinylchlorid-Kunststoffe sind eine Komponente von Abfallmaterial wie städtischem Müll. Der verbrennbare Teil enthält ungefähr 0,2–0,5% Cl. Wenn die Vinylchlorid-Kunststoffe, die mit Abfallmaterial wie städtischem Müll vermischt sind, verbrannt werden, werden in ihnen enthaltene Chloride in HCl umgesetzt. (Normalerweise liegt der HCl-Gehalt des Abgases aus der Verbrennung von Müll im Bereich von 500–1.000 ppm.) Dieses HCl wirkt auf die Rohre im Dampferzeuger, der zum Erzeugen von Dampf verwendet wird und der am Auslass der Verbrennungseinrichtung plat ziert ist, und es korrodiert sie. Bei Temperaturen über 350°C wird, da die Oberflächentemperatur der Rohre ansteigt, die Korrosion extrem schwerwiegend.
Daher war es bei bekannten Verbrennungseinrichtungen erforderlich, die Temperatur der Rohroberflächen unter 350°C zu halten. Dies begrenzte die Temperatur des erzeugbaren Dampfs auf ungefähr 300°C. Im Ergebnis lag die Erzeugungseffizienz bekannter Müllverbrennungseinrichtungen unter 15%. Demgegenüber sind Brennstoffe wie Schweröl oder LNG (verflüssigtes Erdgas) praktisch frei von Chlorverbindungen. Dampferzeugerrohre in Anlagen, die diese Brennstoffe verbrennen, können Temperaturen von 500–600°C standhalten, was zu einem Wirkungsgrad von 40% führt. Wegen des schlechten Wirkungsgrads von Abfallverbrennungseinrichtungen bestand starker Bedarf an einer Verbesserung derselben.
EP-A-0227550 offenbart eine Vorrichtung zum Verbrennen von Abfallmaterial, mit einer Pyrolyseeinrichtung zum Erhitzen des Abfallmaterials und zum Einleiten einer pyrolytischen Reaktion sowie eine Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen der Pyrolysegase und des unpyrolysierten Rests, die beide von der Pyrolyseeinrichtung geliefert werden, in einem Fließbett. Sowohl die Pyrolyseeinrichtung als auch die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung verfügen über Wasser- oder Dampfrohre zum Erhitzen von Wasser oder Dampf. Da sowohl die Pyrolysegase als auch der unpyrolysierte Rest durch die Pyrolyseeinrichtung und die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung geschickt werden, gelangen die Rohre in diesen beiden Einrichtungen mit Chlorverbindungen in Kontakt, wenn das Abfallmaterial Chlor enthält. So unterliegen die Rohre einer durch Chlor herbeigeführten Korrosion.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum effizienten Erzeugen überhitzten Dampfs bei hohen Temperaturen und hohem Druck ohne eine durch Chlorverbindungen hervorgerufene Korrosion der Dampferzeugerrohre zu schaffen.
Diese Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 2 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Durch Ausführungsformen der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs geschaffen, mit denen das Chlor effizient verringert werden kann und überhitzter Dampf bei hohen Temperaturen ohne Verwendung einer teuren, hochqualitativen Substanz für die Dampferzeugerrohre erzeugt werden kann.
Durch andere Ausführungsformen der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs geschaffen, die auf effiziente Weise Verkohlungsprodukte verbrennen können und sie in Vorrichtungen zu diesen Zwecken pyrolysieren können, und die Chlor effizient verringern können und überhitzten Dampf bei hohen Temperaturen erzeugen können.
Durch noch andere Ausführungsformen der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs geschaffen, die auf effiziente Weise Verkohlungsprodukte verbrennen können.
Durch noch andere Ausführungsformen der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von überhitzten Dampfs geschaffen, die auf effiziente Weise Verkohlungsprodukte in einer Verkohlungs-Pyrolysiervorrichtung pyrolysieren können, verhindern, dass Teerstoffe an den Leitungen anhaften, die Verkokung verhindern können und die die Menge freigesetzter Dioxine und NOx verringern können, während sie Chlor effizient verringern und überhitzten Dampf bei hohen Temperaturen erzeugen.
Durch noch andere Ausführungsformen der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs geschaffen, die die Dampferzeugung auf stabile Weise über eine lange Zeitperiode fortsetzen können und die die Pyrolysegas effizienter nutzen können.
Durch weitere Ausführungsformen der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs geschaffen, mit denen aus den Pyrolyse- oder Verbrennungsgasen abgetrennte Asche geschmolzen werden kann, um ein Aggregat oder eine ähnliche Substanz zu bilden.
Konfiguration
Um die oben beschriebenen Probleme zu berücksichtigen, haben wir Ausführungsformen der Erfindung so konzipiert, dass sie die folgenden Unterscheidungsmerkmale zeigen. Das Wasser im Dampferzeuger wird in solchem Ausmaß unter Druck gesetzt, dass sein Siedepunkt im Bereich von 200°C bis 320°C liegt. Dieses Wasser wird in mindestens zwei Stufen erwärmt.
Bis zum Siedepunkt wird das Wasser mit Wärmeenergie aus chlorhaltigen Gasen erwärmt.
Nachdem das Wasser seinen Siedepunkt erreicht hat, wird es mit der Wärmeenergie von Gasen, aus denen Chloride entfernt wurden, erwärmt, um überhitzten Dampf einer spezifizierten Temperatur zu erhalten.
Die Effekte sind aus der 3 erkennbar. Selbst wenn chlorreiche Gase, wie sie sich aus der Pyrolyse von Abfall, wie städtischem Müll, ergeben, der Säuren wie HCl enthält, wird die Wärmeenergie dieser Gase nur dazu verwendet, das Wasser bis zu seinem Siedepunkt, ungefähr 200°C bis 320°C, zu erwärmen. Obwohl in den dampferzeugenden Dampferzeugerrohren chlorreiche Pyrolysegase verwendet werden, überschreitet die Oberflächentemperatur der Rohre 350°C nicht; demgemäß korrodieren diese Gase die Rohre nicht.
In diesem Fall wird Druck dazu verwendet, den Siedepunkt des Wassers irgendwo zwischen 200°C und 320°C einzustellen. Selbst wenn eine Schwankung der Übertragungsrate der Wärmeenergie der chlorreichen Pyrolysegase zum Wasser im Dampferzeuger vorliegt, kann diese Schwankung dazu verwendet, die latente Wärme des Wassers zu absorbieren. (Anders gesagt, wird sie nur dazu verwendet, das Wasser von Flüssigkeit in Dampf zu wandeln, aber nicht um dessen Temperatur zu erhöhen.) Die Oberflächentemperatur der Wärmetauscherrohre im Dampferzeuger überschreitet den Punkt nicht, an dem Chlorkorrosion beginnt. Durch dieses Konzept kann dann die Temperatur des Wassers oder des Dampfs auf stabile Weise erhöht werden.
Unpyrolysierte Reste, die bei der bei 300°C bis 500°C auftretenden Pyrolyse nicht thermisch zersetzt wurden, wurden bereits entchlort. So kann die Wärmeenergie, die ungefähr 500–950°C entspricht und durch die Verbrennung dieser Reste erzeugt wurde, für einen sekundären oder tertiären Heizvorgang verwendet werden, bei dem das Wasser oder der Dampf von 200–320°C aus dem Primär-Heizvorgang weiter auf 400–500°C erwärmt wird, um den überhitzten Dampf zu erzeugen (so dass die Temperatur der Dampferzeugerrohre ungefähr 450–550°C beträgt). Unter diesen Bedingungen tritt selbst dann keine Korrosion auf, wenn diese Rohre aus üblichen, billigen Materialien bestehen.
Wenn ein Dampferzeuger dieses Konzepts dazu verwendet wird, durch Müllver brennung Elektrizität zu erzeugen, führt dies zu einem Erzeugungswirkungsgrad von 30–40%. Dies entspricht dem Wirkungsgrad einer Anlage, die Brennstoffe wie Schweröle oder LNG verbrennt, die im Wesentlichen frei von Chlorverbindungen sind.
Bei tatsächlichen Systemen wird der Müll wie folgt durch die chlorhaltige Energiequelle erhitzt. Abfall wird in eine Kammer geliefert, die ein Fließbettmedium enthält, das auf mindestens ungefähr 300°C erhitzt wurde. Wärmeenergie wird durch Verbrennen der in der Pyrolyseeinrichtung (Pyrolyseofen) erhaltenen Pyrolysegase freigesetzt, wodurch die pyrolytische Reaktion induziert wird. Diese Energie wird dazu verwendet, das Wasser zu erwärmen. Als chlorfreie Energiequelle wird das Gemisch aus Verkohlungsprodukten, die aus dem unpyrolysierten Rest bestehen, und aus dem Pyrolyseofen entferntem Sand durch Luft fluidisieren, und der unpyrolysierte Rest wird durch den Verkohlungs-Verbrennungsofen verbrannt. Die auf diese Weise freigesetzte Wärmeenergie wird weiter dazu verwendet, das Wasser zu erwärmen.
Die Vorrichtung, die das oben beschriebene Verfahren realisiert, besteht hauptsächlich aus den folgenden Komponenten:

– Eine Pyrolyseeinrichtung, die einer auf mindestens 300°C, vorzugsweise auf zwischen 350°C und 500°C erwärmten Kammerabfall zuführt. Es wird eine Pyrolysereaktion induziert und die durch diese Reaktion erzeugten Gase, das aus unpyrolysiertem Rest und dem Fließbettmedium bestehende Verkohlungsproduktgemisch und die unverbrannten Materialien werden durch ein Fließbett, einen Drehofen oder einen mechanischen Rührtank voneinander getrennt.
– Eine Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen von Verkohlungsprodukt, mit einem in einem Gasstrom suspendierten Fließbett, einem schnell umgewälzten Fließbett oder irgendeinem anderen Typ von Fließbett unter Verwendung von Luft zum Fluidisieren des Verkohlungsproduktgemischs aus dem unpyrolysiertem Rest und dem Fließbettmedium, und um das Verkohlungsprodukt zu verbrennen.
– Eine erste Dampferzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Dampf unter Verwendung der Wärmeenergie der Pyrolysegase zum Erzeugen heißen Wassers oder Dampfs mit einer Temperatur unter 400°C, spezieller einer Temperatur unter ungefähr 200–350°C.
– Eine zweite Dampferzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Dampf, der das durch die erste Dampferzeugungseinrichtung erzeugte heiße Wasser oder den Dampf unter Verwendung der Wärme der durch die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen von Verkohlungsprodukten erhaltenen Ver brennungsgase in überhitzten Dampf.

In diesem Fall ist es wünschenswert, dass ein Teil des entweder in der ersten oder der zweiten Dampferzeugungseinrichtung erhitzten Dampfs oder ein Teil des heißen Wassers oder des Dampfs, wie in eine der Dampferzeugungseinrichtungen eingeleitet, in geeigneter Weise zu einem Wärmetauscher geleitet wird, der auf der Hochtemperaturseite der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung angeordnet ist, um Verkohlungsprodukten zu verbrennen.
Es ist auch wünschenswert, eine Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen von Verkohlungsprodukten irgendwo entlang dem Umwälzpfad anzubringen, der vom durch die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen von Verkohlungsprodukten erhitzten Fließbettmedium verwendet wird, und zwar vorzugsweise im Pfad, entlang dem das Fließbettmedium läuft, um zur Pyrolyseeinrichtung zurückzukehren. Im Verbrennungsmedium in der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung sollte ein Wärmetauscher vorhanden sein, um die Temperatur des Dampfs zu erhöhen, der durch die auf der Hochtemperaturseite der ersten oder der zweiten Dampferzeugungseinrichtung oder der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung angeordnete Wärmetauschereinrichtung erhitzt wird.
Genauer gesagt, ist es wünschenswert, im Pfad, entlang dem das durch die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erwärmte Fließbettmedium zur Pyrolyseeinrichtung zurückkehrt, eine Hilfseinrichtung zum Verbrennen von Verkohlungsprodukten anzubringen, die über eine Wärmetauschereinrichtung oder eine andere Vorrichtung zum Lindern eines Wärmeabfalls verfügt.
Um unverbranntes Material effizient aus der Pyrolyseeinrichtung und der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung gemäß der Erfindung zu entfernen, sollten die folgenden Komponenten vorhanden sein:

– Eine erste Filtereinrichtung, die alle großen Brocken unverbrannter Substanz von anderem Material trennt, das durch den Auslassanschluss für unverbrannte Materialien an der Pyrolyseeinrichtung austritt und das übrige Material zum Boden der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung liefert.
– Eine zweite Filtereinrichtung, die das Fließbettmedium von feinerer unverbrannter Substanz trennt, die aus dem Auslassanschluss für unverbrannte Materialien an der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung austritt, und die das Fließbettmedium zum Boden der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung schickt.
– Eine dritte Filtereinrichtung, die, falls erforderlich, die Asche auf der Auslassseite der zweiten Filtereinrichtung abtrennt und das Fließbettmedium, das nun von der Asche getrennt ist, zum Boden der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung schickt.

Die erste Filtereinrichtung muss zumindest über größere Öffnungen als die zweite Filtereinrichtung verfügen. Genauer gesagt, sollte die erste Filtereinrichtung über Öffnungen verfügen, die ungefähr um 5 mm größer als die Schnipsel des eingefüllten Abfalls sind, und die zweite Filtereinrichtung sollte über Öffnungen verfügen, die um ungefähr 2 mm größer als der Maximaldurchmesser (ungefähr 1,0 mm) des Fließbettmediums sind. Die dritte Filtereinrichtung sollte über Öffnungen verfügen, die um ungefähr 0,1 mm kleiner als der Minimaldurchmesser des Fließbettmediums sind. In den Filtereinrichtungen können auch Schwingsiebe verwendet werden.
Bei dieser Vorrichtung enthält das durch die Pyrolyseeinrichtung abgetrennte Verkohlungsproduktgemisch im Wesentlichen keine Chloride. So tritt keine Hochtemperaturkorrosion auf, wenn dieses Gemisch durch die zweite Dampferzeugungseinrichtung als Wärmequelle zum Erzeugen von überhitztem Dampf mit einer Temperatur von über 500°C verwendet wird.
Das Abgas aus den chlorhaltigen Verbrennungs-Pyrolysegasen wird in der ersten Dampferzeugungseinrichtung als Wärmequelle verwendet; jedoch wird diese Wärmequelle nur dazu verwendet, heißes Wasser oder Dampf unter 400°C, genauer gesagt, nicht heißer als ungefähr 200°C bis 320°C zu erzeugen. Das Wasser wird dabei nicht zum Punkt erwärmt, bei dem eine Hochtemperaturkorrosion auftritt. Es existiert keine Gefahr einer Korrosion in den Dampferzeugerrohren, und es sind keine teuren Materialien hoher Qualität erforderlich.
Bei dieser Vorrichtung kann ein Teil des durch die erste oder die zweite Dampferzeugungseinrichtung erzeugten Dampfs oder ein Teil des heißen Wassers oder des Dampfs, wie in eine der Dampferzeugungseinrichtungen geleitet, nach Wahl des Benutzers, in einen Wärmetauscher (nachfolgend als erste Wärmetauschereinrichtung bezeichnet) geleitet werden, die im Hochtemperaturbereich der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung angeordnet ist. der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung wird das Verkohlungsproduktgemisch durch Luft fluidisiert, und der unpyrolysierte Rest wird verbrannt. Die Verbrennungsgase erreichen Temperaturen, die ziemlich hoch sind, genauer gesagt, im Bereich von 700°C bis 950°C.
Die Wärmeenergie dieser Gase kann dazu verwendet werden, Wärme mit einem Teil des durch die erste oder die zweite Dampferzeugungseinrichtung erzeugten Dampfs oder mit einem Teil des heißen Wassers oder des Dampfs, wie in eine der Dampferzeugungseinrichtungen geleitet, auszutauschen. Dadurch wird die Wirkung erzielt, wie sie in Kurzem beschrieben werden wird.
Das der ersten Dampferzeugungseinrichtung zugeführte heiße Wasser wird in die Wärmetauschereinrichtung geleitet, damit seine Temperatur etwas erhöht wird. Das heiße Wasser oder der Dampf, wie der zweiten Dampferzeugungseinrichtung zugeführt, kann parallel in die Wärmetauschereinrichtung geleitet werden, wie bei der ersten Dampferzeugungseinrichtung. Auf diese Weise kann die Heizkapazität der zweiten Dampferzeugungseinrichtung erhöht werden, so dass eine größere Menge an überhitztem Dampf erzeugt werden kann.
Der Hochtemperaturbereich der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erreicht Temperaturen im Bereich von 800–950°C. Wenn der in der zweiten Dampferzeugungseinrichtung erzeugte überhitzte Dampf in die Wärmetauschereinrichtung eingespeist wird, kann seine Temperatur auf 400°C bis 520°C erhöht werden, wodurch sich ein noch heißerer Dampf ergibt.
Die erste und die zweite Dampferzeugungseinrichtung sowie die erste Wärmetauschereinrichtung können dann sequenziell oder parallel zum Erhitzen des Dampferzeugerwassers in mehreren Stufe verwendet werden. Diese Anordnung liefert eine große Menge an überhitztem Dampf.
Ohne Eingriff würde der Hochtemperaturbereich der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung Temperaturen im Bereich von 950–1.300°C erreichen. Wenn die Verkohlungsprodukte unbehandelt in eine Auslassleitung aus üblichen hochschmelzenden Materialien strömen könnten, könnte die Leitung der Wärme nicht standhalten. Durch das Installieren einer Wärmetauschereinrichtung im Hochtemperaturbereich wird dessen Temperatur auf 800–950°C gesenkt, und für die Auslassleitung können übliche hochschmelzende Materialien verwendet werden. Das Absenken der Temperatur des Bereichs auf 800–950°C auf die oben beschriebene Weise beeinflusst die Fähigkeit der zweiten Dampferzeugungseinrichtung nicht, die Dampftemperatur auf 400–520°C zu halten.
Das durch die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erhitzte Fließbettmedium erzielt ebenfalls eine hohe Temperatur. Bei dieser Vorrichtung kann die Wärmeenergie dieses erhitzten Fließbettmediums verwendet werden, wenn im Pfad, entlang dem das durch die erste Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erhitzte Fließbettmedium umgewälzt wird, eine Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung installiert wird. Im Fließbettmedium in dieser Hilfs-Verbrennungseinrichtung kann eine Wärmetauschereinrichtung auf der Seite entweder der ersten oder der zweiten Dampferzeugungseinrichtung vorhanden sein.
Diese Wärmetauschereinrichtung kann in Reihe oder parallel zur ersten und zweiten Dampferzeugungseinrichtung installiert werden, um ein Erhitzen in mehreren Stufen zu erzielen. Diese Anordnung erhöht die Wärmekapazität des Fließbettmediums, so dass das Wasser durch Wärmekontakt mit ihm eine stabile hohe Temperatur erzielen kann.
Das Fließbettmedium in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung wird zur Pyrolyseeinrichtung umgewälzt. Jedoch beträgt die Temperatur des Fließbettmediums in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung ungefähr 700–850°C, während diejenige desselben in der Pyrolyseeinrichtung 350–500°C beträgt. Wenn das beträchtlich heißere Fließbettmedium von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung direkt in die Pyrolyseeinrichtung eingeleitet wird, zeigt die Temperatur innerhalb dieser aufgrund der Differenz örtliche Spitzenwerte, und die Temperatur kann schwanken. So ist das Kontrollieren des umzuwälzenden Volumens des Fließbettmediums ein extrem komplexes Problem.
Bei dieser Vorrichtung kann dann eine mit einer Wärmeausgleichseinrichtung, wie einer Wärmetauschereinrichtung, versehene Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zum Lindern des Wärmeabfalls im Pfad platziert werden, entlang dem das in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erhitzte Fließbettmedium bei seiner Rückkehr zur Pyrolyseeinrichtung läuft.
Die Temperatur des Fließbettmediums, das in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung auf 700–850°C erhitzt wurde, wird durch die Wärmetauschereinrichtung in der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung auf 500–700°C abgesenkt. Wenn dieses, sich nun auf 500–700°C befindende Fließbettmedium zur Pyrolyseeinrichtung zurückgeführt wird, ergibt sich ein allmählicher Wärmeabfall. Im Ergebnis kann die Temperatur in der Pyrolyseeinrichtung stabil im Bereich von 350°C bis 500°C gehalten werden.
Bei dieser Vorrichtung liegt der in die Pyrolyseeinrichtung eingespeiste Abfall im Allgemeinen mit Schnipseln von einem Durchmesser von ungefähr 200 mm vor. So muss der Auslassanschluss für unverbranntes Material im als Pyrolyseeinrichtung wirkenden Fließbettofen über einen Durchmesser geringfügig größer als 200 mm verfügen. Demgemäß wird auch ein Teil des Verkohlungsproduktrückstands sowie Sand oder anderes Fließbettmedium durch den Auslassanschluss entfernt. Daher werden die großen Brocken unverbrannten Materials durch die erste Filtereinrichtung von anderen Substanzen getrennt, die durch den Auslassanschluss austreten. Es werden nur die großen Brocken abgetrennt, während das restliche unverbrannte Material zum Boden der Verbrennungseinrichtung geliefert wird, wo es zur Verbrennung beitragen kann.
Da die größeren Brocken unverbrannten Materials bereits aus der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung entfernt wurden und der Verkohlungsproduktrückstand zufriedenstellend verbrannt wurde, muss das durch den Auslassanschluss austretende Material durch die zweite Filtereinrichtung nur zu feinerem unverbranntem Material und Fließbettmedium aufgetrennt werden. Das durch diese Filtereinrichtung abgetrennte Fließbettmedium kann an dem Boden der Verbrennungseinrichtung geliefert werden, so dass es, anstatt dass es verloren geht, umgewälzt und wiederverwendet werden kann.
Die dritte Filtereinrichtung ist nicht absolut notwendig. Jedoch kann sie den durch die zweite Filtereinrichtung nicht festgehaltenen Sand festhalten, während sie nur Asche nach außen strömen lässt. Die Verwendung einer dritten Filtereinrichtung vereinfacht es, die Asche effizient zu entfernen und den Sand rückzugewinnen.
Bei dieser Vorrichtung ist es wesentlich, wenn der Kunststoff in der Pyrolyseeinrichtung vollständig zu pyrolysieren ist, und die Verkohlungsprodukte in der Verbrennungseinrichtung vollständig zu verbrennen sind, dass das Volumen des ausgeblasenen Abgases, das Volumen der zugeführten Luft, das Volumen der zugeführten Luft, das Volumen des Bettmediums und des zugeführten und umgewälzten Abfalls, die Temperatur und die Verweilzeiten für die Verkohlungsprodukt und die Verbrennung alle streng kontrolliert werden. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, das Auftreten einer Druckdifferenz zwischen dem Fluidisierbehälter, in dem die Pyrolyse erfolgt, und dem Reaktor, in dem das Verkohlungsprodukt verbrannt wird, zu verhindern.
Zwischen den zwei Fluidisierbehältern besteht eine Verbindung. Das den unpyrolysierten Rest und das Fließbettmedium enthaltende Verkohlungsprodukt gemisch wird von der Pyrolyseeinrichtung an die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung geliefert (d.h. zurückgeführt), und das heiße Fließbettmedium wird von der Verbrennungseinrichtung zur Pyrolyseeinrichtung zurückgeführt.
Die Temperatur innerhalb der Pyrolyseeinrichtung beträgt 350–500°C; diejenige in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung beträgt 700–850°C. Angesichts dieser Temperaturdifferenz bewirkt das Umwälzen eines Fließbettmediums mit hoher Wärmekapazität von einer Einrichtung zur anderen und dann wieder zurück ein Schwanken der Temperatur in beiden Richtungen abhängig vom Volumen des umgewälzten Fließbettmediums. Im Ergebnis kann in der Pyrolyseeinrichtung eine unvollständige Pyrolyse auftreten, und in der Verbrennungseinrichtung kann eine unvollständige Verbrennung auftreten.
Bei dieser Vorrichtung wird das Wasser im Dampferzeuger unter Verwendung der Wärmeenergie von chlorhaltigen, von der Pyrolyseeinrichtung erhaltener Gase bis auf ungefähr seinen Siedepunkt erhitzt, und es wird ausgehend von diesem unter Verwendung der Wärmeenergie entchlorter, von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erhaltener Gase erhitzt, bis es überhitzten Dampf einer vorgegebenen Temperatur bildet. Das Kalorienverhältnis der Wärmeenergie der von der Pyrolyseeinrichtung erhaltenen Pyrolysegase zur Wärmeenergie der von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erhaltenen entchlorten Gase sollte auf 7:3 eingestellt werden. Jedoch kann wegen des Rückstroms des Fließbettmediums, wie oben erörtert, das Kalorienverhältnis nicht aufrecht erhalten werden.
Bei dieser Vorrichtung ist eine Rückstrom-Verhinderungseinrichtung zum Verhindern eines Rückstroms von Verkohlungsprodukten oder Fließbettmedium entweder entlang dem Pfad, der durch die Verkohlungsprodukte zwischen der Pyrolyseeinrichtung und der Verbrennungseinrichtung zurückgelegt wird, oder alternativ in der Pyrolyseeinrichtung und/oder in der Verbrennungseinrichtung vorhanden.
Diese Rückstrom-Verhinderungseinrichtung kann eine Vorrichtung sein, die eine Druckdifferenz erzeugt, oder sie kann ein mechanischer Förderer sein.
Die Rückstrom-Verhinderungseinrichtung kann z.B. zumindest über eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Druckdifferenz in der Verbrennungseinrichtung verfügen, die das Fließbettmedium zur Pyrolyseeinrichtung zurückführt. Die Vorrichtung sollte eine Druckdifferenz erzeugen, die größer als die Diffe renz (P₁ – P₂) zwischen dem Druck P₁ in der Pyrolyseeinrichtung und dem Druck P₂ in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung ist.
Ein anderes mögliches Design für die Rückstrom-Verhinderungseinrichtung bestünde in der Verwendung eines mechanisches Förderers zum Zuführen der Verkohlungsprodukte durch eine Kraft entweder zur Pyrolyseeinrichtung oder zur Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung. Vorteilhafterweise sollte der Pfad vom Einlassanschluss des mechanischen Förderers zu seinem Auslassanschluss nach oben geneigt sein, um eine Schwerkraftdifferenz zu erzeugen.
Gemäß dieser Vorrichtung sollte eine Wärmeausgleichseinrichtung zum Lindern des Wärmeabfalls, wie ein Wärmetauschereinrichtung, im Pfad vorhanden sein, der durch das erhitzte Fließbettmedium durchlaufen wird, wenn es von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zur Pyrolyseeinrichtung zurückkehrt. Vorzugsweise sollte in der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung eine Wärmetauschereinrichtung vorhanden sein, und am Auslassanschluss der Einrichtung, in der die Wärmetauschereinrichtung installiert ist, sollte eine Rückstrom-Verhinderungseinrichtung zum Verhindern eines Rückstroms, wie oben beschrieben, vorhanden sein.
Bei dieser Vorrichtung ist eine Rückstrom-Verhinderungseinrichtung zum Verhindern eines Rückstroms von entweder Verkohlungsprodukten oder Fließbettmedium zwischen der Pyrolyseeinrichtung und der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung vorhanden, damit das Fließbettmedium mit einer Temperaturdifferenz, wie oben beschrieben, und mit großer Wärmekapazität nicht zufällig zu einem der Fluidisierbehälter zurückströmen kann. Dieses Design verhindert, dass ein Rückstrom Temperaturschwankungen verursacht oder die Bedingungen nachteilig beeinflusst, die zur Pyrolyse und zur Verbrennung in einem jeweiligen Behälter erforderlich sind.
Ferner ist dafür gesorgt, dass der Fließvorgang, der sowohl in der Pyrolyseeinrichtung als auch der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung das Ziel ist, aufgrund dieses Designs gleichmäßig erfolgt. Das gewünschte Kalorienverhältnis der Wärmeenergie der in der Pyrolyseeinrichtung erhaltenen Pyrolysegase zu der der in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erhaltenen chlorfreien Verbrennungsgase (die chlorfreie Wärmeenergie) kann ohne Schwankung erzielt werden und in die Gase aus der Verkohlungsproduktverbrennung sind keine Chloride eingemischt.
Es ist eine Druckdifferenz-Erzeugungseinrichtung vorhanden, um eine Druck differenz (H) zu erzeugen, die größer als die Differenz (P₁ – P₂) zwischen dem Druck P₁ in der Pyrolyseeinrichtung und dem Druck P₂ in der Verbrennungseinrichtung ist. Wenn der Druck P₁ in der Pyrolyseeinrichtung unter einen vorgegebenen Wert fällt, oder wenn der Druck P₂ in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung einen vorgegebenen Wert überschreitet, kann ein Druck automatisch geliefert werden, bis eine vorgegebene Druckdifferenz (H) erzielt wird. Im Ergebnis kann die relative Druckdifferenz zwischen der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung und der Pyrolyseeinrichtung sehr nahe am vorgegebenen Wert (H), der der gewünschte Wert ist, gehalten werden.
Bei dieser Vorrichtung ist die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung wie folgt konzipiert.
In der Verbrennungseinrichtung wird entweder die von unterhalb der Dispersionsplatte zugeführte Luft nachfolgend als Luftströmung bezeichnet) in zwei Ströme aufgeteilt, oder das Innere des Fließbetts wird durch eine Trennwand unterteilt. Dies erzeugt einen Fließbettbehälter, der das Verkohlungsproduktgemisch im Fließbett fluidisiert und umwälzt. Ein Zuführanschluss, der das Verkohlungsproduktgemisch von der Pyrolyseeinrichtung zuführt, befindet sich entweder im Abwärtsströmungsbereich des Fließbetts oder im unteren Teil des Aufwärtsströmungsbereichs.
Die Umwälzeinrichtung kann über eine Anzahl von Einheiten verfügen, um zu gewährleisten, dass das Material ganz im Fließbett umgewälzt wird, oder sie kann über eine Vorrichtung verfügen, die die von unterhalb der Dispersionsplatte zugeführte Luftströmung in mehrere Ströme unterteilt. Die mehreren Luftströme können dazu verwendet werden, das Luftvolumen so zu kontrollieren, dass das Verkohlungsproduktgemisch im Fließbett umgewälzt wird, oder beide Systeme können als Tandem verwendet werden.
Die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung arbeitet wie folgt.
Da das meiste der pyrolysierten Verkohlungsprodukte in Form von Kohlenstoff vorliegt, befindet sich die Dichte (d.h. das spezifische Gewicht) im Bereich von 0,2 bis 0,5. Da das spezifische Gewicht des fluidisierten Sands in der Verbrennungseinrichtung ungefähr 2,5 beträgt, zeigen die Verkohlungsprodukte die Tendenz, im oberen Teil des Betts aufzuschwimmen. Wenn die Zumischung von Luft unzureichend ist, sind die Verkohlungsprodukte weniger entflammbar. Demgemäß ist eine große Luftmenge erforderlich.
Bei dieser Vorrichtung befindet sich der Zuführanschluss für das Verkohlungsproduktgemisch von der Pyrolyseeinrichtung im Abwärtsströmungsbereich des Fließbetts. Die relativ leichten Verkohlungsprodukte bewegen sich auf jeden Fall zum Boden des Fließbetts, und sie werden von dort umgewälzt. Dies gewährleistet, dass die Verkohlungsprodukte ausreichend mit Luft vermischt werden und dass eine ausreichende Verbrennung mit einer relativ kleinen Luftströmung (z.B. Luftverhältnis = (Luftvolumen/theoretisches Luftvolumen) = 1,2 bis 1,3) erfolgen kann.
Die Verkohlungsprodukte, die an der Oberfläche des Fließbetts aufschwimmen, werden auch über den Abwärtsströmungsbereich zurückgeliefert und zum Boden des Fließbetts transportiert. Dies erhöht den oben erörterten Effekt.
Um die Pyrolysegase zu verbrennen, wird Luft in einem Prozess, zu dem eine einzelne Stufe oder mehrere Stufen gehören können, in den die Pyrolyseeinrichtung bildenden oberen Raum des Fließbettofens eingeleitet. Dies verhindert Temperaturabfälle in der Auslassleitung. Da durch dieses Design auch extreme Temperaturspitzen verhindert sind, verhindert es eine Teerbildung und Verkokung und ermöglicht es, dass das System auf stabile Weise arbeitet.
Bei dieser Vorrichtung kann Luft in die Pyrolysegase eingeleitet werden, nachdem sie eine Primärverbrennung erfahren haben und die reduzierten Pyrolysegase können verbrannt werden, um das Volumen an erzeugtem NOx zu verringern.
Wenn die Wärme der zweiten Verbrennung im oberen Raum des Ofens in das den unteren Raum desselben einnehmende Fließbett abstrahlt, verbrennen die Verkohlungsprodukte, und es erfolgt keine akzeptierbare Pyrolyse. Bei der Erfindung ist der mittlere Raum zwischen dem oberen und dem unteren Raum des Ofens verengt, um das Einmischen von Luft in die Gase zu fördern und um einen Rückstrom der abgestrahlten Wärme zu verhindern.
Wenn die Pyrolyseeinrichtung über ein Fließbett verfügt, sollte dieses über zwei Teile verfügen: Ein primäres Fließbett, in dem der Sand oder ein anderes Fließbettmedium durch Einblasen von Luft oder des Abgases aus der Verbrennung von unterhalb der Dispersionsplatte, auf die das Material geliefert wird, fluidisiert wird; und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Abfallmaterials. Die Wände unter dem primären Fließbett werden breiter, und eine Fördereinrichtung am Boden der Kammer fördert den festen Teil des Abfallmaterials vom zugehörigen Einlassanschluss zum Auslassanschluss, wo das Verkohlungsproduktgemisch entfernt wird.
Bei dieser Vorrichtung fungiert die Fördereinrichtung als Hilfs-Pyrolyseeinheit, durch die unverbrennbare Substanzen durch Kraft zum Verkohlungsproduktrückstand transportiert werden, während Pyrolyse induziert wird. Dies gewährleistet, dass hinsichtlich des unverbrennbaren Materials, das nie pyrolysiert wurde, nichts zurückbleibt. Alle Chloride im Abfallmaterial werden vollständig pyrolysiert, verdampft und entfernt.
Hinsichtlich der Länge des Flusses des tatsächlichen Fließbetts, wie er durch die Trennwände innerhalb des Betts erzeugt wird, genauer gesagt, die Fließlänge, über die das Abfallmaterial und das Fließbettmedium vermischt werden und zum Auslassanschluss für das Verkohlungsproduktgemisch gedrückt werden, sind viele Optionen möglich. Jedoch solte die Pyrolysereaktion für eine vorgegebene Zeitperiode gleichmäßig aufrecht erhalten werden, damit es nicht dazu führt, dass Abfallmaterial über den ganzen Weg intakt zum Auslassanschluss für das Verkohlungsproduktgemisch geblasen wird. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht es, dass die Pyrolysereaktion gleichmäßig und für eine ausreichende Zeitperiode erfolgt, damit alle Chloride im Abfallmaterial vollständig pyrolysiert, verdampft und entfernt werden.
Bei dieser Vorrichtung ist zwischen der Pyrolyseeinrichtung und der ersten Dampferzeugungseinrichtung eine Asche-Schlamm-Trenneinrichtung vorhanden, um den Schlamm aus der Asche zu entnehmen. Diese Aschenschlamm-Trenneinrichtung entnimmt den Schlamm aus der Asche, die aus den Gasen abgetrennt wurde, die durch die Wärme der Primärverbrennung der Pyrolysegase aus entweder der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung oder der Pyrolyseeinrichtung herausgedrückt wurden. Wünschenswerterweise könnte eine sekundäre Verbrennungseinrichtung für Pyrolysegase vorhanden sein, um eine Sekundärverbrennung der Pyrolysegase auszuführen, aus denen die Asche abgetrennt wurde.
Der durch die Aschenschlamm-Trenneinrichtung abgetrennte Aschenschlamm kann dazu verwendet werden, ein Aggregat zu bilden, nachdem das Gas abgetrennt wurde, oder während es abgetrennt wird.
Die Pyrolysegase können dazu verwendet werden, eine sekundäre Verbrennung von Pyrolysegasen zu induzieren. Der Dampferzeuger oder eine andere Vor richtung, die als erste Dampferzeugungseinrichtung verwendet wird, kann innerhalb der Sekundär-Verbrennungeinrichtung für Pyrolysegase installiert werden. Dies ermöglicht es, das Dampferzeugerwasser effizienter zu erhitzen.
Die in den Pyrolysegasen enthaltene Gase sowie diejenige in den Verbrennunggasen repräsentieren ungefähr 10% des Abfallmaterials. So ist es nicht absolut erforderlich, die gesamten Pyrolysegase zu verwenden, die die Asche liefern, um die Asche zu schmelzen. Tatsächlich kann dies zur Erzeugung übermäßiger Wärmeenergie führen.
Wenn kalorienarmer Müll verbrannt wird, ist eine große Menge an mit Sauerstoff angereicherter Luft erforderlich, um eine Hochtemperaturverbrennung der Pyrolysegase zu erzeugen, bevor die Asche geschmolzen werden kann.
Daher ist es ratsam, anstatt die gesamten in der Pyrolyseeinrichtung erhaltenen Pyrolysegase zur Aschenschlamm-Trenneinrichtung zu liefern, einen Teil dieser Gase über eine Zweigleitung zur sekundären Verbrennungseinrichtung für Pyrolysegase zu liefern.
Bei dieser Vorrichtung wäre es von Vorteil, das Abfallmaterial an eine sauerstoffarme Kammer mit einer Temperatur über 300°C zu liefern und eine Pyrolysereaktion zu induzieren. Ein Teil der Auslassleitung zum Liefern der durch diese Reaktion erzeugten Pyrolysegase an die sekundäre Verbrennungseinrichtung für Pyrolysegase oder an eine Wärmetauschereinrichtung kann schmal sein und dort, wo der schmale Abschnitt beginnt und endet, kann eine Drucköffnung vorhanden sein, um nach Bedarf eine kleine Luftmenge eintreten zu lassen.
Diese Konfigurationen sind aus den folgenden Gründen erforderlich.
In einer Vorrichtung mit der Aschenschlamm-Trenneinrichtung müssen Differenzdruck-Messeinrichtungen, wie Öffnungen, entlang der durch die Pyrolysegase zurückgelegten Route installiert sein, und das Strömungsvolumen (oder die Strömungsgeschwindigkeit) muss gemessen werden, um die Strömung der zum Schmelzen der Asche erforderlichen Pyrolysegase zu kontrollieren, wie oben erörtert.
Auf diese Weise müssen Differenzdruck-Messeinrichtungen, wie Öffnungen (enge Abschnitte) entlang der Auslassroute von der Pyrolyseeinrichtung her vorhanden sein, um das Strömungsvolumen zu messen. Da jedoch die Temperatur des Abgases von der Pyrolyseeinrichtung in der Nähe von 350°C bis 500°C liegt, kann ein Teil der Gase Teer enthalten. Dieser Teer haftet am engen Abschnitt oder an Druckabgriffen (winzigen Drucköffnungen) an, was es erschwert, das Strömungsvolumen zu messen.
Bei dieser Vorrichtung ist eine Luftzuführeinrichtung zum Eingeben einer kleinen Luftmenge nach Bedarf an den Drucköffnungen, die zu beiden Seiten des engen Abschnitts installiert sind, vorhanden (das Wort "Luft" bedeutet hier jede Art von Gas zum Unterstützen der Verbrennung). Diese Luft bewirkt, dass der Teer verbrennt, damit er nicht an den Öffnungen anhaften kann, wodurch der Druck auf stabile Weise gemessen werden kann.
Es wäre auch möglich, einen Teil der durch die Pyrolyseeinrichtung erhaltenen Pyrolysegase zum Einlassanschluss dieser Einrichtung zurückzuführen.
Diese Anordnung, bei der ein Teil der in der Pyrolyseeinrichtung erhaltenen Pyrolysegase an den Einlassanschluss derselben Einrichtung geliefert wird, bedeutet, dass brennbare Gase, deren Temperaturen im Bereich von 350°C bis 500°C liegen, umgewälzt und an die Pyrolyseeinrichtung geliefert werden. Eine Verdünnung der Pyrolysegase durch Inertgase wie N₂, CO₂ oder H₂O aus der Luft oder aus Verbrennungsabgasen wird minimal gehalten. So wird der Wärmewert pro Volumeneinheit maximiert, und es ist einfacher, die Temperatur im Ascheschmelzofen und in der Aschenschlamm-Trenneinrichtung aufrecht zu erhalten.
Für die Pyrolyseeinrichtung besteht keine Einschränkung auf ein Fließbett. Sie kann statt dessen über einen Pyrolyseofen verfügen, der die festen Substanzen in der Pyrolyseeinrichtung rühren kann, wenn sie mechanisch vom Einlassanschluss für Abfallmaterial zum Auslassanschluss für das Verkokungsprodukt gefördert werden.
Wenn, wie oben beschrieben, die Pyrolyseeinrichtung kein Fließbett ist, sondern sie über einen mechanischen Förderer/Rührer verfügt, können die Dauer und das Volumen der Pyrolyse kontrolliert werden, so dass die Pyrolyse stabiler als in einem Fließbett ist.
Ein wichtiger Effekt bei der Verwendung eines mechanischen Förderers besteht darin, dass keine Gase dazu erforderlich sind, ein Fließbett zu fluidisieren (primär Inertgas, deren Hauptkomponenten N₂, CO₂ und H₂O sind).
Die Pyrolysegase werden nicht verdünnt, so dass der Heizwert pro Volumeneinheit größer ist. Die Temperaturen über 1.300°C können leicht dadurch erzeugt werden, dass Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingeleitet wird, und diese Temperaturen können effektiv als Energiequelle zum Aufschmelzen der Asche in den Gasen verwendet werden, was im Kurzen beschrieben wird.
Da die Verbrennungsgase mit ihrem Aschegehalt aus der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtungs ausgeblasen werden, ist es ratsam, dass sie in einem Zyklon oder dergleiche abgetrennt werden, bevor sie an den Überhitzer, den Dampferzeuger oder eine andere Dampferzeugungseinrichtung geliefert werden.
Die Asche kann leicht dadurch aufgeschmolzen werden, dass sie bei einer Temperatur über 1.300°C durch die Pyrolysegase verbrannt wird.
Jedoch repräsentieren die in den Pyrolysegasen enthaltene Asche sowie diejenige, die in den Verbrennungsgasen enthalten ist, ungefähr 10% des Abfallmaterials. So ist es nicht absolut erforderlich, die Asche in allen sie liefernden Pyrolysegasen zu schmelzen. Tatsächlich könnte dies zur Zufuhr von übermäßig viel Wärmeenergie führen.
Um die Asche in allen Pyrolysegasen zu schmelzen, wäre eine große Menge von an Sauerstoff angereichterter Luft erforderlich, um eine Hochtemperaturverbrennung zu erzielen.
Das wesentliche Ziel der Pyrolyseeinrichtung besteht einfach darin, die Chlorverbindungen aus dem Müll oder dem Abfallmaterial zu entfernen und das entchlorte Verkokungsproduktgemisch der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zuzuführen. So besteht kein tatsächlicher Bedarf an der Erzeugung extremer Wärme, und eine Temperatur im Bereich von 250°C bis 450°C reicht aus. Jedoch ist eine Temperatur von ungefähr 1.300°C erforderlich, um die Asche im Ascheschmelzofen zu schmelzen. Aus diesem Grund müssen die im Ascheschmelzofen zu verwendenden Pyrolysegase heißer sein. Idealerweise sollte die Pyrolyse bei 450°C bis 700°C induziert werden, um nicht nur die Gase zu entchloren, sondern um auch ein großes Volumen von Gasen zu erzeugen.
Bei dieser Vorrichtung kann daher die Pyrolyseeinrichtung über mehrere Pyrolyseöfen verfügen, die in geeigneterweise eine Kombination aus einem Fließbett und einem mechanischen Rührbehälter aufweisen. Einer dieser Pyrolyseöfen kann eine Pyrolyse bei einer anderen Temperaturen als die anderen induzieren.
Ein Niedertemperatur-Pyrolyseofen kann auf 250–450°C eingestellt werden, um ein entchlortes Verkokungsproduktgemisch zu erzeugen. Ein Hochtemperaturofen kann auf 450–700°C eingestellt werden, um Pyrolysegase zu erzeugen, die im Ascheschmelzofen verwendet werden.
Die durch den Hochtemperaturofen erzeugten Pyrolysegase werden an die Aschenschlamm-Trenneinrichtung geliefert, die den Schlamm aus der Asche entfernt, die aus den Gasen abgetrennt wurde, die von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung oder der Pyrolyseeinrichtung ausgegeben werden.
Die zwei Typen von Pyrolyseöfen können über verschiedene Funktionen verfügen. Ein Ofen kann zum aktiven Erzeugen eines entchlorten Verkokungsproduktgemischs verwendet werden; ein anderer kann dazu verwendet werden, aktiv Pyrolysegase zu erzeugen, die im Ascheschmelzofen verwendet werden. Diese Trennung von Funktionen ermöglicht es, das Verkokungsproduktgemisch effizient zu erzeugen, während geeignete Pyrolysegase erzeugt werden.
Wenn einer der Öfen alleine zum Entchloren der Abfallmaterialien dient, kann das Fließbett einen größeren Bereich von Temperaturen von 250°C bis 450°C aufweisen, und demgemäß kann ein großes Volumen an Verkokungsproduktgemisch erzeugt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Zwischen dem Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen und dem Pyrolyseofen existiert ein Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen.
2 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Ein Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen ist unabhängig von den anderen Öfen.
3 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen des Prozesses, durch den überhitzter Dampf unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien erzeugt wird. Dieser Prozess steht in direktem Zusammenhang mit der wesentlichen Konfiguration der Erfindung.
4 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Zusätzlich zu der in der 1 dargestellten Konfiguration sind Filter für unverbrannte Substanzen in den Auslassleitungen installiert, die aus dem Pyrolyseofen und dem Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen herausführen.
5 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der in der 4 dargestellte Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen ist durch eine Trennwand in zwei Fließbette unterteilt. Diese Anordnung bildet eine Rückstrom-Behinderungseinrichtung zum Verhindern eines Rückstroms.
6 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Zusätzlich zur in der 5 dargestellten Konfiguration verfügt dieses System über eine Sandspeichereinrichtung zum Liefern von Sand vom Speicherbehälter zum Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen.
7 ist eine Grobskizze einer Rückstrom-Verhinderungseinrichtung. Sie verfügt über einen mechanischen Förderer, der die Verkokungsprodukte von der Pyrolyseeinrichtung mechanisch zur Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung fördert.
8 zeigt eine Haupt- und eine Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung sowie einen Pyrolyseofen, die im in der 5 dargestellten System verwendet werden können. (A) ist eine Draufsicht, und (B) ist eine Vorderansicht.
9 zeigt die Konfiguration eines Fließbetts, das den bei irgendeiner der zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen verbessert. (A) ist eine Vorderansicht; (B) ist eine Sei tenansicht; (C) ist eine Draufsicht.
10 zeigt drei Ansichten der Innenkonfiguration eines Pyrolyseofens, bei dem es sich um eine verbesserte Version des Ofens handelt, wie er bei irgendeiner der zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet ist. (A) ist eine geschnittene Vorderansicht; (B) ist eine geschnittene Draufsicht; (C) ist eine Ansicht von rechts.
11 zeigt eine andere verbesserte Version eines Pyrolyseofens, der mit einem Pyrolysegas-Verbrennungsofen verbunden ist, um die Pyrolysegase zu verbrennen. Der Pyrolysegas-Verbrennungsofen verfügt über einen Trakt, wie er bei jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen dargestellt ist. (A) zeigt eine Seitenansicht des Pyrolyseofens und des Verbrennungstrakts, wie in der 1 dargestellt; (B) zeigt eine Modifizierung des engen Abschnitts; (C) ist eine Vorderansicht.
12 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der in der 2 dargestellte Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen ist durch eine Trennwand in zwei Fließbette unterteilt, um einen Rückstrom zu verhindern. Es ist auch ein Ascheschmelzofen vorhanden.
13 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine siebte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Zusätzlich zu der in der 12 dargestellten Konfiguration teilt das System einen Teil der Pyrolysegase ab und liefert sie an einen Pyrolysegas-Ofen, wo sie verbrannt werden.
14 zeigt eine Differenzdruck-Messeinrichtung, die in der in der 13 dargestellten Auslassleitung für Pyrolysegase installiert ist. (A) ist eine Differenzdruck-Messeinrichtung unter Verwendung einer Öffnung; (B) ist eine Differenzdruck-Messeinrichtung unter Verwendung eines hornförmigen Halses.
15 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine achte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Ein Teil der vom Pyrolyseofen erhaltenen Pyrolysegase wird über eine Zweiglei tung zum Boden des Pyrolyseofens umgewälzt.
16 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine neunte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der Pyrolyseofen ist kein Fließbett, sondern es ist statt dessen ein mechanischer Förderer verwendet.
17 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine zehnte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dieses System verwendet mehr als einen Pyrolyseofen.
18 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterialien, wobei dieses System eine elfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der Pyrolyseofen verwendet ein Fließbett und eine Rühreinrichtung mit mechanischem Förderer.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
In diesem Abschnitt werden, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung detailliert erläutert. Insoweit die Abmessungen, dass Material, die Form und die Relativpositionen der Baukomponenten, wie sie bei den Ausführungsformen auftreten, nicht speziell offenbart sind, ist der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die angegebenen Werte eingeschränkt. Die Ausführungsformen sollen lediglich veranschaulichende Beispiele darstellen.
Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Verbrennungsmaterialien, wobei es sich um eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt. In dieser Figur ist 1 ein Pyrolyseofen mit einem Verbrennung; das Verbrennungmedium 2-1, d.h. fluidisierter Sand oder ein ähnliches Material, wird auf eine Dispersionsplatte 3-1 geliefert, die eine perforierte Platte oder dergleichen ist. Der Müll oder anderes Abfallmaterial gelangt über eine Zuführleitung 4 in das System, und der fluidisierte Sand gelangt über eine Umwälz(oder Rückführ)leitung 5 in es. Das über eine Eingangsleitung 6 zugeführte Verbrennungsabgas erzeugt im Fließbett eine Kammer, die sich auf mindestens 300°C befindet. (Da dieser Pyrolyseofen im Wesentlichen so konzipiert ist, dass er eine Pyrolyse statt eine Verbrennung des Materials ausführt, ist der größte Teil des zugeführten Gases ein Verbrennungsgas, dessen Sauerstoff verbraucht ist. Um jedoch die Temperaturkontrolle zu unterstützen, werden kleine Luftmengen nach Bedarf eingeleitet.) Es wird eine Pyrolysereaktion des Abfallmaterials induziert. Die durch diese Reaktion erzeugten Pyrolysegase werden über eine Auslassleitung 7 entfernt. Der unpyrolysierte Rest und das Verkokungsproduktgemisch, die zum großen Teil aus Sand bestehen, werden über eine Leitung 9 entfernt. Unverbrannte Substanzen werden über eine Leitung 8 entfernt.
Es ist wünschenswert, dass eine Pyrolyse so ausgeführt wird, dass ein Kalorienverhältnis von ungefähr 7:3 (Pyrolysegase zu Verkokungsproduktgemisch) erzeugt wird.
Wenn das zu erhitzende Dampferzeugerwasser mit ungefähr 100 kgf/cm² unter Druck gesetzt wird, beträgt sein Siedepunkt ungefähr 300°C. Die "7" im Verhältnis 7:3 bezeichnet die Kalorien, die dazu erforderlich sind, die Temperatur des Wassers in Dampferzeugern 36, 36-2 und 24 ausgehend von seiner Normaltemperatur auf "Temperatur entsprechend 309°C + latente Wärme der Verdampfung" zu erhöhen, anders gesagt, die Kalorien, die dazu erforderlich sind, die Temperatur auf 309°C zu erhöhen, d.h. den Punkt, an dem der größte Teil des Wassers verdampft; "3" bezeichnet die Kalorien, die dazu erforderlich sind, den Dampf von seinem Siedepunkt von 309°C auf 500°C zu erhitzen.
An der Leitung 7, der Auslassleitung für Pyrolysegase aus dem Ofen 1, ist eine Lufteinlassleitung 21 angebracht. Luft wird durch die Leitung 21 in die aus dem Ofen 1 entnommenen Pyrolysegase eingeleitet, um jeglicher in diesen Gasen enthaltene Teer wird teilweise verbrannt. Diese Maßnahmen sollten nach Bedarf ergriffen werden, um das Anhaften von Teer oder eine Verkokung in der Auslassleitung 7 zu verhindern.
Am stromabwärtigen Ende der Auslassleitung 7 existiert ein Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34, eine Verbrennungskammer für die Pyrolysegase. Über eine Leitung 21' wird den Pyrolysegasen eine ausreichende Luftmenge zugeführt, damit sie vollständig verbrannt werden.
10 ist ein Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen mit einem in einem Luftstrom suspendierten Fließbett. Das Verkokungsproduktgemisch wird über die Auslassleitung 9 zur Dispersionsplatte 11 am Boden des Ofens geliefert. Der fluidisierte Sand wird zwischen diesem Ofen und einem Hilfs-Pyrolyseofen 10B über Leitungen 19-2 und 19-1 umgewälzt.
Luft wird über die Leitung 12 zugeführt, die sich unter der Dispersionsplatte 11 befindet. Diese Luft wird, nach einer Erwärmung auf zwischen 650°C und 800°C im Fließbett 2-3, dazu verwendet, den unpyrolysierten Rest zu verbrennen. Luft wird auch durch die Leitung 13 in die Mitte des Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10 eingeleitet, um die Verbrennung abzuschließen. Dies erzeugt Abgase im Bereich von 800°C bis 1.300°C. Im oberen Teil des Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 ist ein zweiter Überhitzer 29-1 platziert. Dieser Überhitzer hebt die Temperatur des über die Leitung 28-1 vom zweiten Typ von Dampferzeuger eingeleiteten überhitzten Dampfs an, um Dampf zu erzeugen (erster Überhitzer 20). Die Abgase, deren Temperatur auf irgendwo im Bereich von 950°C bis 1.300°C erhöht wurde, können auf 800°C bis 950°C abkühlen.
Obwohl die Temperatur der Verbrennungsgase auf 800°C bis 950°C fällt, wie oben angegeben, existiert kein Problem betreffend das Aufrechterhalten der Temperatur des Dampfs im Überhitzer 20 auf 200°C bis 320°C.
Kleine Substanzteilchen, die im Ofen 10 nicht verbrannt wurden, werden über die Auslassleitung 14 entfernt.
Der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B ist als Hilfs-Fließbett am Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 angebracht. Wie es aus den 1 und 2 erkennbar ist, fließt der fluidisierte Sand über die Umwälzleitungen 19-2 und 19-1 zwischen 10 und 10B. Der dritte Überhitzer, 29-2, ist im Fließbettmedium 2-2 im Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B platziert. Er ist über die Leitung 28-2 mit der Auslassseite des zweiten Überhitzers, 29-1, verbunden.
Wie es aus der 2 erkennbar ist, kann der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B auch unabhängig aufgestellt werden; jedoch ist es ratsam, wie es in der 1 dargestellt ist, den Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B, mit seinem dritten Überhitzer 29-2, irgendwo entlang dem Pfad 19-1 und 5 zu platzieren, durch den das im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 erhitzte Fließbettmedium an den Pyrolyseofen 1 zurückgeführt wird.
Die Verbrennungsgase, die mit dem zweiten Überhitzer, 29-1, Wärme ausgetau scht haben, werden nach Bedarf über die Auslassleitung 15 in eine Gas/Feststoff-Trenneinrichtung, wie einen Zyklon 16, geleitet. Hierbei werden der Staub, Asche und Abgase getrennt, und die Gase werden über die Auslassleitung 17 an den ersten Überhitzer 20 geliefert.
20 ist der erste Überhitzer, und 24 ist der erste Dampferzeuger. Die über die Auslassleitung 7 entfernten Pyrolysegaswe werden im Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34, in dem der wassergekühlte Dampferzeuger 36 installiert ist, vollständig verbrannt. Gemeinsam mit den vom Überhitzer 20 über die Leitung 22 ausgeblasenen Verbrennungsgasen werden sie in den Dampferzeuger 24 eingeleitet. Das über einen Einlassanschluss 26 aufgenommene Dampferzeugerwasser wird auf 200°C bis 320°C erhitzt, und der sich ergebende Dampf oder das heiße Wasser wird über die Auslassleitung 27 an den Überhitzer 20 geliefert.
Dampferzeugerwasser wird auch über eine Zweigleitung 26' in den wassergekühlten Dampferzeuger 36, der sich im Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34 befindet, eingeleitet. Dampf oder heißes Wasser wird über eine Zweigleitung 27' an den Überhitzer 20 geliefert.
Das Dampferzeugerwasser, das mit ungefähr 100 kgf/cm² unter Druck gesetzt wird, um seinen Siedepunkt auf ungefähr 309°C anzuheben, wird in die wassergekühlten Dampferzeuger 36 und 36-2 sowie den Dampferzeuger 24 eingeleitet, wodurch für die erste Erhitzungsstufe gesorgt ist. Die Rate der Wasserströmung wird so kontrolliert, dass die erzielte Temperatur ungefähr 309°C beträgt, die nahe am Siedepunkt liegt.
Im Ergebnis kann die Temperatur der Rohroberflächen im wassergekühlten Dampferzeuger 36 und im Dampferzeuger 24, in Übereinstimmung mit der Temperatur des heißen Wassers, auf unter 350°C gehalten werden. Selbst wenn sich Chloride oder HCl in den Pyrolysegasen befinden, mit denen Wärme ausgetauscht wird, tritt keine Korrosion auf.
Der Dampf und/oder das heiße Wasser, die über die Auslassleitung 27 aus dem Dampferzeuger 24 entfernt werden, und der Dampf/das heiße Wasser, die im wassergekühlten Dampferzeuger 26 erhitzt werden und über die Zweigleitung 27' entfernt werden, werden in den Überhitzer 20 eingeleitet. Sie werden durch die über die Leitung 17 zugeführten Verbrennungsgase erhitzt, um überhitzten Dampf zu erzeugen, und dann werden sie über die Auslassleitung 28-1 und die Leitung 28-2 sequenziell in den Überhitzer 29-1 bzw. den Über hitzer 29-2, die seriell verbunden sind, eingeleitet. Wenn der Dampf eine Temperatur zwischen 400°C und 520°C erreicht hat, wird er entnommen und an einen Elektrogenerator geliefert.
Obwohl gerade der Betrieb der Ausführungsform gemeinsam mit deren Konfiguration erläutert wurde, sei diese hier kurz wiederholt. Organische Verbindungen, die Chloride wie Vinylchlorid-Kunststoffe enthalten, sind mit anderen Abfallmaterialien vermischt, die in Müll an den Pyrolyseofen 1 geliefert werden. Der verbrennbare Anteil enthält ungefähr 0,2–0,5% Cl. Müll wird dem Pyrolyseofen 1 über die Leitung 4 zugeführt, und erhitzter, fluidisierter Sand wird über die Leitung 5 zugeführt. Kleine Luftmengen werden über die Einlassleitung 6 am Boden des Ofens so, wie es zur Temperaturkontrolle erforderlich ist, an die Pyrolyseabgase geliefert. Im Fließbett 2-1, das durch Fluidisieren einer Sandmenge erzeugt wird, wird die Temperatur zwischen 350°C und 500°C gehalten. Dies führt zu einem unpyrolysierten Rest, der im Wesentlichen frei von Chlorverbindungen ist und der über die Auslassleitung 9 erhalten wird.
Im Wesentlichen alle Chlorverbindungen, die im Abfallmaterial enthalten waren, sind nun in den Pyrolysegasen enthalten, die über die Leitung 7 ausgegeben werden. Große Teilchen unverbrannten Materials, die bei der Pyrolysereaktion im Pyrolyseofen 1 abgetrennt werden, werden über die Auslassleitung 8 aus dem Ofen entfernt.
Die Dauer und die Temperatur der Pyrolyse können so gewählt werden, dass das Kalorienverhältnis der Pyrolysegase und des Verkokungsproduktgemischs 7:3 beträgt.
Die über die Auslassleitung 7 am Ofen 1 ausgelassenen Pyrolysegase enthalten Gase, Ölfraktionen, Teer und HCl; jedoch bewirkt das Einleiten einer kleinen Luftmenge, die durch die Leitung 21 am stromaufwärtigen Ende der Auslassleitung 7 zugeführt wird, ein teilweises Verbrennen derselben ohne Temperaturabfall. Dies verhindert das Anhaften von Teer und eine Verkokung in der Leitung 7. Eine Luftmenge wird dann über die Leitung 21' in den Pyrolysegase-Verbrennungsofen 34 eingeleitet, wo die Pyrolysegase vollständig verbrannt werden.
Da die Temperatur der Pyrolysegase im Pyrolysegase-Verbrennungsofen 34 hochgehalten werden kann, kann eine große Menge an Dampf/Dampferzeugerwasser in die wassergekühlten Dampferzeuger 36 und 36-2 sowie den Dampferzeu ger 24 eingeleitet werden und bis nahe an den Siedepunkt, 200°C bis 320°C, erhitzt werden.
Wenn die Abgase aus der Verbrennung der Pyrolysegase ihre Wärme einmal mit dem wassergekühlten Dampferzeuger 36 im Pyrolysegase-Verbrennungsofen 34 ausgetauscht haben, werden sie gemeinsam mit den Überhitzer-Verbrennungsabgasen von der Auslassleitung 22 über die Einlassleitung 23 an den Dampferzeuger 24 geliefert.
Die HCl-Konzentration in den in den Pyrolysegase-Verbrennungsofen 34 und den Dampferzeuger 24 eingeleiteten Gase beträgt ungefähr 500–1.000 ppm. Durch Kontrollieren der Strömungsrate des Dampferzeugerwassers kann die Oberflächentemperatur der Rohre im wassergekühlten Dampferzeuger 36 und im Dampferzeuger 24 auf unter 350°C, ihrer normalen Temperatur bei bekannten Vorrichtungen, gehalten werden, wodurch eine Hochtemperaturkorrosion verhindert werden kann. So können die wassergekühlten Dampferzeuger 36 und 36-2 sowie der Dampferzeuger 24 keinen überhitzten Dampf erzeugen, sondern sie können das Wasser nur auf 300°C bis 320°C erhitzen. Wenn dieses teilweise erhitzte Wasser einmal durch den Überhitzer 20 und durch die Überhitzer 29-1 und 29-2 weiter erhitzt wird, wird überhitzter Dampf mit einer Temperatur von 500°C bis 700°C erzeugt.
Das über die Auslassleitung 9 aus dem Pyrolyseofen 1 entfernte Verkokungsproduktgemisch besteht aus fluidisiertem Sand und unpyrolysiertem Rest. Dieses Gemisch, das im Wesentlichen frei von Chlorverbindungen ist, wird an den unteren Teil des Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10 geliefert. Luft, die über die Leitung 12 durch die Dispersionsplatte 11 zugeführt wird, sorgt für ein Verbrennen des Gemischs. Die über die Leitung 12 zugeführte Luftmenge wird kontrolliert und der unpyrolysierte Rest wird verbrannt, während der Sand fluidisiert wird. Um zu gewährleisten, dass der Rest vollständig verbrennt, wird Luft auch über die Leitungen 13 und 19-3 zugeführt. Die Temperatur des Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10 steigt aufgrund der Verbrennungswärme an. Der Wert dieser Temperatur wird durch den Kalorienwert des über die Leitung 9 zugeführten unpyrolysierten Rests, das durch die Leitungen 12 und 13 zugeführte Luftvolumen und die Temperatur des fluidisierten Sands von den Leitungen 19-1 und 19-2 bestimmt. Jedoch kann er auf 1.000°C bis 1.200°C ansteigen.
Wärme aus dem überhitzten Dampf im Überhitzer 20 wird über die Leitung 28-1 mit dem Überhitzer 29-1 ausgetauscht. Dies vereinfacht es, die Temperatur der Verbrennungsgase auf 800°C bis 950°C zu erhöhen. Anstelle des Überhitzers 20, oder zusätzlich zu diesem, kann nach Bedarf ein wassergekühlter Dampferzeuger 36-2 vorhanden sein, um das über die Leitungen 26' und 27', die von den Leitungen 26 und 27 abzweigen, umgewälzte Dampferzeugerwasser zu erhitzen.
Kleine Teilchen unverbrannten Materials, die sich aus dem Schmelzen von Glas oder Büchsen ergeben, können über die Auslassleitung 14 entfernt werden.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann, wie es in der 2 dargestellt ist, ein Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B in unabhängiger Weise aufgestellt werden; jedoch wird das Fließbettmedium im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 zum Pyrolyseofen 1 umgewälzt. Da die Temperatur des Mediums im Ofen 10 ungefähr 700°C bis 850°C beträgt, und da diejenige des Mediums im Ofen 1 350°C bis 500°C beträgt, existiert zwischen den zwei Öfen eine deutliche Temperaturdifferenz. Wenn das Medium aus dem Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 direkt in den Pyrolyseofen 1 eingeleitet wird, ist es möglich, dass die Wärmedifferenz bewirkt, dass die Pyrolysetemperatur im Pyrolyseofen 1 örtliche Spitzen zeigt oder schwankt. Dies verkompliziert es extrem, die Menge des zum Ofen 1 zurückgeführten Fließbettmediums zu regulieren.
Aus diesem Grund ist, wie es in der 1 dargestellt ist, ein Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B mit einem dritten Überhitzer, 29-2, im durch die Leitungen 19-1 und 2 definierten Pfad, d.h. dem Pfad, durch den das Fließbettmedium vom Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 zum Pyrolyseofen 1 zurückgeführt wird, vorhanden. Der Überhitzer 29-2 im Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B entfernt wärme vom Fließbettmedium, das im Ofen 10 auf 700°C bis 800°C erhitzt wurde, um seine Temperatur auf 500°C bis 700°C zu verringern. Das Rückführen des Mediums zum Ofen 1 mit 500°C bis 700°C ermöglicht eine allmähliche Wärmeänderungsrate, so dass die Pyrolysetemperatur innerhalb des Ofens 1 auf stabile Weise zwischen 350°C und 500°C gehalten werden kann. 28-3 ist die Leitung zum Entnehmen überhitzten Dampfs; 12' ist eine Luftzuführleitung.
Die im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 bei einer Temperatur von 800°C bis 950°C erzeugten Verbrennungsgase, die praktisch frei von Chlorverbindungen sind, werden nach Bedarf über die Auslassleitung 15 in den Zyklon 16 eingeleitet. Im Zyklon werden Staub und Asche aus den Abgasen abge trennt. Die ersteren werden über die Auslassleitung 18 entfernt, und die letzteren über die Auslassleitung 17.
Die über die Auslassleitung 17 am Zyklon 16 entfernten Abgase, die sich auf einer Temperatur von 800°C bis 950°C befinden, werden in den Überhitzer 20 eingeleitet. Der im Dampferzeuger 24 und im wassergekühlten Dampferzeuger 26 erzeugte Dampf/das Dampferzeugerwasser, die sich auf 200°C bis 320°C befinden, werden weiter erhitzt, um überhitzten Dampf zu erzeugen. Die die Auslassleitung 17 durchlaufenden Abgase sind praktisch frei von Chlorverbindungen, so dass selbst dann, wenn die Oberflächentemperatur der Dampferzeugerrohre im Überhitzer 20 350°C überschreitet, das Ausmaß einer Hochtemperaturkorrosion deutlich verringert ist. Das Fluid in den Rohren kann eine Temperatur von 400°C bis 520°C aufweisen, und am Auslassanschluss 28-1 kann überhitzter Dampf auf stabile Weise erhalten werden.
Um die Temperatur im Pyrolyseofen 1 auf einem vorgegebenen Wert von mindestens 300°C zu halten, wird die über die Einlassleitung 6 zugeführte Sauerstoffmenge im Fluidisierungsgas reguliert. D.h., dass gemeinsam mit den Verbrennungsabgasen vom Dampferzeuger 24 eine kleine Luftmenge zugeführt wird, und dass ein Teil des fluidisierten Sands vom Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B, der eine Temperatur von 500°C bis 700°C aufweist, als Wärmequelle über die Umwälzleitung 5 zugeführt wird, um die Temperatur aufrecht zu erhalten.
Um eine Pyrolyse im Bereich von 350°C bis 500°C effizient zu induzieren, sollten die Luft und die Verbrennungsabgase, die dem Pyrolyseofen 1 über die Einlassleitung 6 zugeführt werden, aus Luft und Verbrennungsabgasen mit niedrigem Sauerstoffgehalt (ungefähr 3 bis 5%) bestehen, die auf einer Temperatur von 150°C bis 200°C gehalten werden. Genauer gesagt, können die von der Auslassleitung 25 des Dampferzeugers 24 entnommenen Verbrennungsabgase verwendet werden, wenn einmal der Staub und die Chlorkomponente aus ihnen entfernt wurden.
In den 1 und 2 sind 11, 3-1 und 3-2 Dispersionsplatten, und 2-1 und 2-2 und 2-3 sind Fließbette.
Die 4 ist ein Systemdiagramm einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus der Verbrennung von Abfallmaterial. Es werden nur diejenigen Gesichtspunkte erläutert, die sich gegenüber dem in der 1 dargestellten Beispiel unterscheiden. An der Auslassleitung 8 des Pyrolyseofens 1 ist ein Filter 291, d.h. ein Schwingsieb mit einem Maschendurchmesser von 5 mm vorhanden. Das über die Leitung 8 ausgelassene Material wird in große Teilchen unverbrannten Materials und andere Auslasssubstanzen aufgeteilt. Die anderen Auslasssubstanzen werden über Leitungen 50 und 54 an den Boden des Fließbetts über der Dispersionsplatte 11 im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 geliefert. 51 ist die Leitung, die die großen Teilchen unverbrannten Materials abführt.
Kleinere Materialteilchen, die im Ofen 10 nicht verbrannt wurden, werden über die Leitung 14 entfernt. Die Auslassleitung 14 verfügt über einen Filter 292 mit Öffnungen von einem Durchmesser von ungefähr 2 mm. Das über die Leitung 14 entfernte Material wird einerseits in kleine Teilchen unverbrannten Materials und andererseit fluidisierten Sand und Asche aufgeteilt. Der fluidisierte Sand wird über die Leitung 52, den Filter 293 und die Leitungen 55 und 54 an den B Boden des Fließbetts über der Dispersionsplatte 11 im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 geliefert. Die größeren Teilchen des unverbrannten Materials werden über die Leitung 53 nach außen ausgegeben.
Der Filter 293 ist nicht absolut notwendig; jedoch hält er jeglichen Sand fest, dem es gelingt, den Filter 292 zu durchdringen, während Asche nach außen ausgegeben wird. Der für seine Maschenöffnungen gewählte Durchmesser beträgt ungefähr 0,1 mm, so dass er kleiner als der Minimaldurchmesser der Sandkörner (ungefähr 0,2 mm) ist.
So kann der Filter 293 alle Sandkörner festhalten, die durch den Filter 292 gelaufen sind, und er kann die Asche, und nur diese, über die Leitung 56 nach außen durchlassen. Die Verwendung dieses Filters macht es effizienter und einfacher, die Asche zu entfernen und den Sand rückzugewinnen.
Als Nächstes wird der Betrieb der Ausführungsform detailliert erörtert.
Größere Teilchen unverbrannten Materials, das bei der im Pyrolyseofen 1 erfolgenden Pyrolysereaktion abgetrennt wird, werden über die Auslassleitung 8 aus dem Ofen entfernt.
Im Allgemeinen wird das in den Pyrolyseofen 1 gelieferte Abfallmaterial zu Stücken mit einem Durchmesser von ungefähr 200 mm zerstoßen. So muss die Auslassleitung 8, durch die unverbrannte Substanzen aus dem Ofen 1 entfernt werden, über einen relativ großen Durchmesser verfügen. Im Ergebnis werden, zusätzlich zu größeren Teilchen unverbrannter Substanzen, Verkokungsproduktreste, Sand und kleinere Teilchen unverbrannter Substanzen ebenfalls über die Leitung 8 entfernt.
Der Filter 291 unterteilt das über die Auslassleitung 8 des Pyrolyseofens 1 ausgegebene Material in größere Teilchen unverbrannter Substanzen und andere Auslasssubstanzen. Es werden nur die größeren Teilchen unverbrannter Substanzen ausgelassen; die anderen Substanzen werden an den Boden des Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10 geliefert und einer Verbrennung ausgesetzt.
Glasscherben, Eisenschnipsel und andere kleine Stücke unverbrannten Materials werden über die Auslassleitung 14 aus dem Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 entfernt. Die größeren Teile unverbrannten Materials wurden bereits aus dem Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 entfernt, und der Verkokungsproduktrest wurde angemessen verbrannt. So besteht das einzige Material, das über die Leitung 14 ausgegeben wird, aus kleineren Teilchen unverbrannten Materials und Sand. Diese können durch die Filter 292 und 293 abgetrennt werden. Der gefilterte Sand kann dadurch umgewälzt werden, dass er an den Boden des Fließbetts im Ofen 10 geliefert wird.
Die 5 ist ein Systemdiagramm einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus der Verbrennung von Abfallmaterial. Der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B in der 4 ist durch zwei Trennplatten unterteilt, um einen Rückstrom der Gase zu verhindern.
Der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B verfügt über zwei Trennplatten, 100 und 100', die die Seite des Ofens abteilen, von der die Leitung 5 den fluidisierten Sand zum Pyrolyseofen 1 zurückführt. Diese Trennplatten unterteilen den oberen Teil des Fließbetts sowie den Teil unter der Dispersionsplatte 3-2. Der untere Teil der Trennwand über der Dispersionsplatte 3-2 verfügt über eine Öffnung 101, durch die das Fließbettmedium aus dem Fließbett, in dem der Überhitzer 29-2 installiert ist (nachfolgend als "primäres Fließbett 2-2A" bezeichnet) an das sekundäre Fließbett 2-2B geliefert wird, das durch die Trennwand 100 erzeugt wurde.
Der Sand im sekundären Fließbett 2-2B wird durch Verbrennungsabgase fluidisiert, die über die Zweigleitung 6' unter der Dispersionsplatte 3-2 zuge führt werden.
Die Trennwand 100 verhindert, dass sich die Gase im oberen Teil des Pyrolyseofens 1 mit denen im oberen Teil des Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10B vermischen, während sie es erlaubt, dass sich der Sand zwischen den zwei Öfen frei bewegt.
Der Druck im primären Fließbett 2-2A des Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10B sei P₁, derjenige im zugehörigen Sekundär-Fließbett 2-2B sei P₁', und derjenige im Pyrolyseofen 1 sei P₂. Da das Sekundär-Fließbett und der Pyrolyseofen über die Rückführ(sandumwälz)leitung 5 verbunden sind, haben P₁' und P₂ denselben Wert.
Die Trennwand 100 ist so im Fließbett platziert, dass ihr nicht befestigtes Ende in demjenigen Teil des Betts liegt, in dem die Fluidisierung am dichtesten ist. Die Höhe von der Oberfläche des Fließbetts zum Unterende der Trennwand 100 (bei dem es sich auch um die Oberseite der Öffnung 101 handelt) sei ΔH, der Druck im Pyrolyseofen 1 sei P₂, und derjenige im Primär-Fließbett des Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10B sei P₁. Ein Rückstrom von Gasen tritt nur dann auf, wenn die folgende Beziehung nicht gilt: ΔH°ρ + P2(P1') > P1 wobei ρ die Dichte des Fließbetts (d.h. sein spezifisches Gewicht) ist. So ist es nicht möglich, dass Gase vom Bett 2-2B zurück zur Primärbett 2-2A strömen.
Ferner ist es ratsam, dass die Rückführ(sandumwälz)leitung 5 vom Ofen 10B zum Ofen 1 geringfügig nach unten geneigt ist.
Bei dieser Ausführungsform wird, nachdem ein Teil der Fluidisierungswärme im Primärbett 2-2A des Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10B durch den Überhitzer 29-2 absorbiert wurde, das Fließbettmedium um die Trennwand 100 herum in das Sekundär-Fließbett 2-2B geführt. Der Sand wird durch die über die Zweigleitung 6' eintreffenden Verbrennungsabgase fluidisiert, und er wird über die Umwälzleitung 5 an den Pyrolyseofen 1 zurückgeliefert.
Selbst wenn der Druck P₁ im Primärbett 2-2A oder der Druck P₂ (P₁') im Pyrolyseofen 1 schwankt, beträgt die Druckdifferenz, wie sie aufgrund der Trennwand 100 zwischen P₁ und P₁' auftreten kann, ΔH, so dass keine Gase vom Ofen 1 zum Bett 2-2A des Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofens 10B zurückströmen können, und der Sand wird auf normale Weise zurückgeführt.
In der 6 ist auf dem Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 im in der 5 dargestellten System ein Sandlagerbehälter 120 vorhanden. Sand wird nach Bedarf über die Leitung 121 zugeführt.
Wenn es bei dieser Konfiguration erforderlich ist, die Pyrolysezeit für verschiedene Mülltypen zu ändern, kann die Sandmenge im Ofen dadurch erhöht werden, dass mehr Sand vom Sandvorratsbehälter 120 zugeführt wird, wodurch die Pyrolysezeit verlängert wird. Die Pyrolysezeit kann dadurch verkürzt werden, dass eine große Sandmenge über die Leitung 14 entfernt wird, um die Sandmenge im Ofen zu verringern.
Die 7 zeigt ein Beispiel einer in der Leitung 9, d.h. der Leitung, durch die das Verkokungsproduktgemisch entfernt wird, platzierten Rückstrom-Verhinderungseinrichtung. Ein mechanischer Förderer 50B verhindert einen Rückstrom, wenn der Druck im Pyrolyseofen 1 höher als derjenige im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 gehalten wird.
Der Sand im mechanischen Förderer 50B ist dicht gepackt, was den Effekt einer durch den fluidisierten Sand erzeugten Gasdichtung verbessert. 55 ist die Trennwand, die das Bett unterteilt.
Die 8 liefert eine detailliertere Ansicht der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B, wie sie in den oben erörterten 5 und 6 erkennbar ist. Wie es aus der 8(A) erkennbar ist, wird Fließbettmedium vom Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 über die Leitung 19-1 in den Ofen 10B eingespeist, und es wird über die Umwälzleitung 5, die diagonal gegenüber der Leitung 19-1 am Ofen 10B angeschlossen ist, zum Pyrolyseofen 1 zurückgeführt. Das Fließbettmedium wird von der Basis des Überhitzers 29-Verbrennung zu dessen oberem Ende bewegt, um in ausreichendem Kontakt mit der Wärme zu stehen. Wie es aus der 8(B) erkennbar ist, ist eine Druckeinheit 50 zum Erzeugen einer Druckdifferenz an der Basis der Rückführleitung (Umwälzleitung) 5 platziert. Diese Einheit erzeugt eine Differenz über der Differenz (P₁ – P₂) zwischen dem Druck P₁ seitens des Pyrolyseofens 1 und dem Druck P₂ im Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B.
Die Druckeinheit 50 ist im Sekundär-Fließbett platziert. Der obere Teil des Betts 2-2 und das Gebiet unter der Dispersionsplatte 3-2 sind auf der Auslassseit des Ofens 10B durch Trennwände 100 und 100' abgeteilt. Im unteren Teil des Fließbetts über der Dispersionsplatte 3-2 befindet sich eine Öffnung 101. Das Fließbettmedium im Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B wird an das Sekundär-Fließbett 51 geliefert, das durch die Trennwand 100 auf der Seite der Kammer erzeugt wird, wo die Druckeinheit 50 für eine Druckdifferenz sorgt, was durch die Öffnung 101 unter der Trennwand erfolgt.
Der Sand im Sekundär-Fließbett 51 wird durch Verbrennungsabgase fluidisiert, die von unterhalb der Dispersionsplatte 3-2 über die Leitung 6', die von der Leitung 6 abzweigt, zugeführt werden.
Die Druckeinheit 50 sorgt für dieselbe Funktion des Verhinderns des Rückstroms von Gas, wie dies in den 5 und 6 erfolgte. Wenn P₁ der Druck im Primär-Fließbett 2-2 des Hilfs-Fließbetts 10B ist, P₁' der Druck im Sekundär-Fließbett 51 ist und P₂ der Druck im Pyrolyseofen 1 ist, muss P₁' wegen der Verbindung der zwei Kammern über die Rückführ(UmWärmetauschereinrichtung wälz)leitung 5 gleich groß wie P₂ sein.
Die Trennwand 100 ist so im Fließbett 2-2 platziert, dass sich ihr nicht befestigtes Ende in denjenigen Teil des Betts befindet, wo das fluidisierte Medium am dichtesten ist. Die Höhe H von der Oberfläche des Fließbetts zum unteren Ende der Trennwand 100 (das auch die Oberseite der Öffnung 101 ist) sollte so gewählt werden, dass kein Rückstrom auftreten kann.
Die Leitung 19-1, die das Fließbettmedium vom Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 in den Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B bringt, und die Leitung 5, die das Medium vom Ofen 10B zum Pyrolyseofen 1 zurückführt, verfügen beide über nach unten geneigte Auslassenden, die niedriger als ihre Einlassenden liegen, so dass die Oberfläche jedes folgendes Fließbetts niedriger als die des vorigen liegt. Anders gesagt, werden die Oberflächen der Fließbette stufenförmig niedriger, so dass die Höhe der Oberfläche des Fließbetts 2-3 im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 auf größerer oder gleicher Höhe wie die Oberfläche des Primär-Fließbetts 2-2 im Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B liegt, was der Höhe der Oberfläche des Sekundär-Fließbetts 51 auf derselben Seite der Trennwand wie die Druckeinheit 50 entspricht; außerdem ist die Höhe der Oberfläche des Betts 2-2 größer als diejenige der Oberfläche des Fließbetts 2-1 im Pyrolyseofen 1.
Die Leitung 9, die das Verkokungsproduktgemisch vom Pyrolyseofen 1 an den Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 liefert, sollte ein mechanischer Förderer, wie ein Schraubenförderer, sein.
Die 9 zeigt eine verbesserte Konfiguration des Fließbetts, das im Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen jeder der bereits erörterten Ausführungsformen verwendet wird. (A) ist eine Vorderansicht; (B) ist eine Seitenansicht; (C) ist eine Draufsicht.
Das Verkokungsproduktgemisch wird auf die Dispersionsplatte 11 geladen, um das Fließbett 2-3 zu erzeugen. Das Innere des Betts 2-3 wird durch Trennwände 61A und 62A, die auf solche Weise im oberen Teil der Kammer platziert sind, dass der Sand in allen drei Bereichen umgewälzt werden kann, von links nach rechts in drei Bereiche 2-3A, 2-3B und 2-3C, unterteilt. Sowohl über als auch unter den Trennwände sind Öffnungen vorhanden.
Die Leitungen 9 und 19-2, die das Verkokungsproduktgemisch und das Fließbettmedium vom Pyrolyseofen 1 und vom Hilfs-Verkokungsproduktofen 10B zum Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 liefern, sind mit dem Bereich 2-3B, dem mittleren Bereich der drei durch die Trennwände 61A und 62A erzeugten Bereiche, verbunden.
Die Dispersionsplatte 11 ist zur Leitung 14, der Auslassleitung für unverbrannte Substanzen, hin geneigt.
Die Kammer unter der Dispersionsplatte 11 ist durch Trennwände 61B und 62B, die mit demselben Intervall wie ihre Gegenstücke in der oberen Kammer, 61A und 62A, platziert sind, in drei Bereiche unterteilt. Der zentrale Abschnitt 11-2 der Dispersionsplatte, der durch die Trennwände 61B und 62B abgeteilt ist, ist effektiver, wenn er kegelförmig geformt ist.
Die Leitung 12 verzweigt in Leitungen 12-1, 12-2 und 12-3, die Luft an die Böden der Kammern unter den Dispersionsplatten 11-1, 11-2 bzw. 11-3 liefern. Diese Kammern werden durch die Trennwände 61B und 62B gebildet. In jeder der Leitungen 12-1, 12-2 und 12-3 ist ein Ventil 64 zum Kontrollieren der Luftströmung vorhanden. Diese Ventile ermöglichen es, die Luft zu kontrollieren, die in die durch die oberen Trennwände 61A und 62A erzeugten drei Bereiche strömt.
Die Leitung 19-1, die das Fließbettmedium zum Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10B liefert, befindet sich an der Oberfläche des Fließbetts 2-3. Die Leitung 19-3, die die Verbrennungsgase vom Ofen 10B zuführt, liegt über der Leitung 19-1.
Bei dieser Vorrichtung befindet sich der Einlass der Leitung 9, die das Verkokungsproduktgemisch vom Pyrolyseofen 1 zuführt, im unteren Teil des zentralen Bereichs 2-3B der drei Bereiche (dem Bereich der Abwärtsströmung), oder es können zwei Einlässe für die Leitung 9 vorhanden sein, einer im unteren Teil jedes der seitlichen Bereiche 2-3A und 2-3C (Bereiche einer Aufwärtsströmung). Die Dispersionsplatte 11-2, die sich unter dem Einlass im zentralen Bereich 2-3B befindet, ist kegelförmig geformt, so dass die Luft stärker zu den seitlichen Bereichen 2-3A und 2-3C als zum zentralen Bereich 2-3B strömt. Die Leitung 12-2 wird so eingestellt, dass sie weniger Luft als die Leitungen 12-1 und 12-3 liefert; über die Leitungen 12-1 und 12-3, die sich unter den Dispersionsplatten 11-1 und 11-3 befinden, wird eine Aufwärtsluftströmung in die Bereiche 2-3A und 2-3C geliefert. Wegen dieser Anordnungen ist dafür gesorgt, dass die Luft im zentralen Bereich 2-3B nach unten strömt, während dafür gesorgt ist, dass die Luft in den seitlichen Bereichen 2-3A und 2-3C nach oben strömt.
Als Beispiel sei ein Verkokungsproduktgemisch betrachtet, das über die Leitung 9 an den unteren Teil des zentralen Bereichs 2-3B (Bereich der Abwärtsströmung) oder die unteren Teile der seitlichen Bereiche 2-3A und 2-3C (Bereiche der Aufwärtsströmung) geliefert wird. Die kegelförmige Dispersionsplatte 11-2 sorgt dafür, dass die Luft vom zentralen Bereich 2-3B zu den seitlichen Bereichen 2-3A und 2-3C strömt, so dass das Fließbettmedium im zentralen Bereiche 2-3B nach unten strömt. Gleichzeitig wird in den seitlichen Bereichen 2-3A und 2-3C ein nach oben verlaufender Luftzug erzeugt. Das Verkokungsproduktgemisch und das Fließbettmedium werden so im Fließbett umgewälzt, wie es durch die Pfeile in (A) gekennzeichnet ist.
So bewegen sich die Verkokungsprodukte, die über ein niedriges spezifisches Gewicht verfügen, immer vom Bereich 2-3B mit Abwärtsströmung zum Boden des Fließbetts. Bei der Zirkulation durch die seitlichen Bereiche 2-3A und 2-3C wird eine ausreichende Luftdurchmischung erzielt. Diese Anordnung ermöglicht eine angemessene Verbrennung unter Verwendung eines kleinen Luftstroms (in der Größenordnung eines Luftverhältnisses von 8:1,2 bis 1,3).
Verkokungsprodukte, die an der Oberfläche des Fließbetts aufschwimmen, werden durch den abwärts gerichteten Luftzug wiederholt zum Boden des Betts heruntergezogen, was das oben genannte Ergebnis weiter verbessert.
Material, das im Fließbett nicht verbrannt wird, bewegt sich entlang der nach unten geneigten Platte 11, wie es in (B) und (C) dargestellt ist. Es wird durch Führungsplatten 14-1 und 14-2 zur Leitung 14 geführt und dadurch nach außen ausgegeben.
Die 10 zeigt einen verbesserten Innenaufbau des Pyrolyseofens, wie er bei jeder der zuvor erörterten Ausführungsformen verwendet wird. (A) ist eine geschnittene Vorderansicht; (B) ist eine geschnittene Draufsicht; (C) ist eine Ansicht von links.
In der 10 ist das Innere des Pyrolyseofens 1 durch Trennwände 80 in eine Anzahl von Kammern von der Seite her unterteilt, von der der Sand oder ein anderes Fließbettmedium 2-1 auf die Dispersionsplatte 3-1 geladen wird (die Seite, wo die Zuführleitung 4 angeschlossen ist), zur Seite hin, an der das Verkokungsproduktgemisch entfernt wird (Seite, an der die Auslassleitung 9 angeschlossen ist). An einer Seite jeder der genannten Trennwände 80 ist zwischen der Trennwand und der Seitenwand des Ofens ein Zwischenraum 81 freigelassen. Jeder Zwischenraum 81 befindet sich an der entgegengesetzten Seite der Trennwand gegenüber der vorigen. Dies ist die Konfiguration des Primär-Fließbetts 1A.
Der untere Teil des Primär-Fließbetts 1A ist nach außen verlängert, und eine Fördereinheit zum Fördern fester Materialien von der Seite, an der der Müll zugeladen wird, zur Seite, von der das Verkokungsproduktgemisch entfernt wird, genauer gesagt, ein Schraubenförderer 1C, ist am Boden des Betts vorhanden. Die Leitung 82 ermöglicht es, Luft oder Verbrennungsabgase nach Bedarf in den Raum direkt unter dem Förderer 1C zu pumpen. Das Hilfs-Fließbett 1B fluidisiert so den Sand oder ein anderes Fließbettmedium.
Im Pyrolyseofen 1 können noch unverbrannte Substanzen, die an nicht brennbarem Material am Förderer 1C im Hilfs-Fließbett 1b anhaften, verbrannt werden, wenn sie durch Kraft in der Richtung des Verkokungsproduktrückstands transportiert werden. Dies gewährleistet, dass kein brennbares Material mit nicht brennbaren Substanzen ausgegeben wird.
Die Trennwände 80 im Primär-Fließbett 1A haben den Effekt einer Verlänge rung der Strömung innerhalb des Fließbetts. Anders gesagt, verlängern die Trennwände den Weg, wie er durch den Müll und das Fließbettmedium zurückgelegt wird, wenn sie miteinander vermischt sind und zur Auslassleitung 9 gezogen werden. Diese Anordnung gewährleistet, dass nie Rohmüll an der Auslassleitung 9 anlangt. Die Pyrolyse kann gleichmäßig und über eine spezifizierte Zeitperiode ausgeführt werden. Da eine gleichmäßige Pyrolysereaktion induziert werden kann, die für eine ausreichende Zeitperiode erfolgt, können die Chlorverbindungen im Müll tatsächlich vollständig pyrolysiert, vergast und entfernt werden.
Die 11 zeigt eine verbesserte Version des Pyrolyseofens, wie er bei jeder der oben erörterten Ausführungsformen verwendet wird. Dieser Pyrolyseofen verfügt über einen internen Pyrolysegas-Verbrennungsofen mit einer Verbrennungskammer. (A) ist eine Seitenansicht des in der 1 dargestellten Ofens und der Verbrennungskammer. (B) zeigt eine Modifizierung des engen Abschnitts. (C) ist eine Vorderansicht.
Über dem Zentrum des den Pyrolyseofen 1 bildenden Fließbettofens verengen sich die Wände, um einen Hals 411 zu bilden. Über diesem verengten Hals befindet sich die Verbrennungskammer 40. Am verengten Hals 411 befindet sich eine Anordnung von Luftdüsen 42. Im oberen Teil der Verbrennungskammer 40 ist ein Lufteinlass 43 vorhanden.
Wie es in den 11(A) und (C) dargestellt ist, ist der Hals 411 vom Hauptteil der Kammer zu den Luftdüsen 42, die horizontal angeordnet sind, verjüngt. Der Hals könnte auch über einen engen Auslass verfügen, oder er könnte, wie es in (B) dargestellt ist, ein enger Zylinder mit einem Paar von Lufteinlässen 81, die einander diagonal gegenüberstehen, sein, um eine rotierende Luftströmung zu erzeugen.
Die im Pyrolyseofen 1 erzeugten Pyrolysegase werden über den Hals 411 in die Verbrennungskammer 40 geleitet. Die über die Leitung 21 und durch die Düsen 42 angetriebene Luft sorgt dafür, dass eine Primärverbrennung der Pyrolysegase in einer reduzierenden Atmosphäre (mit einem Überschusskoeffizienten von 0,6 bis 0,8) erfolgt, damit der NOx-Gehalt gesenkt wird. Luft wird über den Einlass 43 in die obere Kammer eingeleitet, um eine Sekundärverbrennung zu induzieren. Die Pyrolysegase sollten vollständig verbrannt werden, um den CO- und den Dioxingehalt zu minimieren.
Das Anbringen eines Halses 411 zwischen der Verbrennungskammer 40 und dem Pyrolyseofen 1 erleichtert das Einmischen von Luft in die Gase. Außerdem verhindert es, dass die Wärme der Sekundärverbrennung in der Kammer 40 in den Raum strahlt, der durch das Fließbett darunter eingenommen wird. Dies verhindert ein Verbrennen der Verkokungsprodukte, so dass im Ofen 1 gewünschte Pyrolysebedingungen erzielt werden können.
Die 12 ist ein Systemdiagramm einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus der Verbrennung von Abfallmaterial. Der Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen in der 2 ist in zwei Fließbette unterteilt, und es sind eine Rückstrom-Verhinderungseinrichtung und ein Ascheschmelzofen vorhanden.
Die 13 ist ein Systemdiagramm einer siebten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus einer Verbrennung von Abfallmaterial. Unter Verwendung der in der 12 dargestellten Konfiguration wird ein Teil der Pyrolysegase über eine Zweigleitung an einen Pyrolysegas-Verbrennungsofen zur Verbrennung der Pyrolysegase geliefert.
Die 14 zeigt eine Druckdifferenz-Messeinrichtung 100 zum Messen einer Druckdifferenz, die in der in der 13 dargestellten Auslassleitung für Pyrolysegase installiert ist. (A) ist eine Druckdifferenz-Messeinrichtung unter Verwendung von Öffnungen. (B) ist eine Druckdifferenz-Messeinrichtung unter Verwendung eines hornförmigen Halses.
Bei dieser Konfiguration werden die über die Leitung 7 ausgelassenen Pyrolysegase in einen Ascheschmelzofen 31 geleitet.
Ferner zweigen, wie es aus der 13 erkennbar ist, einige der über die Leitung 7 ausgelassenen Pyrolysegase ab, bevor der Rest in den Ascheschmelzofen 31 eingespeist wird.
Im Ofen 31 kann eine rotierende Strömung dazu verwendet werden, den Staub und die Asche von der Leitung 29 sowie die Luft oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft gemeinsam mit den Pyrolysegasen aus der Leitung 30 einzuleiten. Die Verbrennungswärme der Pyrolysegase, die sich auf über 1.300°C befinden, schmilzt die Asche. Der geschmolzene Staub und die Asche steigen über die Leitung 32 in den Behälter 32A ab, wo sich wassergekühlte Schlacke mit Teilchen von einem Durchmesser von mehreren Millimetern bil det. Diese Schlacke kann als aggregierter Baustoff verwendet werden. Asche wird über die Leitung 18 in den Ofen 31, die Auslassleitung aus dem Zyklon 16 sowie die Staubleitung 29 in den Ofen 31 eingespeist. Nicht brennbares Material von der Leitung 14 und/oder jegliche Asche, wie sie durch einen Staubfilter oder einen Elektrostaubsammler gesammelt wird, kann ebenfalls geschmolzen werden.
Der Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34 mit einer Verbrennungskammer für Pyrolysegase ist am stromabwärtigen Ende der Auslassleitung 33 des Ascheschmelzofens 31 platziert. Es wird ausreichend viel Luft zum Verbrennen der Pyrolysegase über die Leitung 21A zugeführt, und die Gase werden vollständig verbrannt.
Die Pyrolysegase, die über die Auslassleitung 7 aus dem Ofen 1 entfernt werden, werden in den Ascheschmelzofen 31 geleitet, bevor sie in den Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34 eingespeist werden.
Bei dieser Ausführungsform werden dann die durch den mindestens einen Beutelfilter am stromabwärtigen Ende des Zyklons 16 oder der Leitung 25 abgetrennte Asche und/oder das unverbrannte Material von der Leitung 14 in den Ascheschmelzofen 31 geleitet. Die geschmolzene Asche kann zum Erzeugen eines Aggregatstoffs verwendet werden.
Wenn die Leitung 7 in Leitungen 7' und 7-1 verzweigt, wie es in der 13 dargestellt ist, ist es erforderlich, das Strömungsvolumen unter Verwendung einer Druckdifferenz-Messeinrichtung 10 zu messen.
Die Druckdifferenz-Messeinrichtung 100 misst das Strömungsvolumen (oder die Strömungsrate) der aus dem Pyrolyseofen 1 entnommenen Pyrolysegase. In diese Druckdifferenz-Messeinrichtung wird ein kleines Luftvolumen nach Bedarf an den zwei Auslassanschlüssen 109 an der Einlass- und der Auslassseite des Halses 110, d.h. den verengten Abschnitt, der die Druck-Messeinrichtung 100 bildet, eingespeist, um jeglichen Teer in den Pyrolysegasen zu verbrennen. Dies erfolgt zum Verhindern eines Aufbaus von Teer oder einer Verkokung in den Auslassanschlüssen 109 oder im Hals 110.
Die 14(A) zeigt eine Druckdifferenz-Messeinrichtung unter Verwendung mehrerer Öffnungen. 101 und 101' sind die Auslassleitung 7 bildende Leitungen. 102 sind Flansche. 103 sind Öffnungsplatten. 104 ist eine Druckdifferenz-Messeinrichtung. 105, 106, 107 und 108 sind Lufteinlassleitungen. 109 sind Druckabgriffe, die zum Druckabbau verwendet werden. 110 ist ein Hals. 111 sind Ventile zum Kontrollieren des Luftvolumens. 112 sind Strömungsmesser oder andere Strömungsmessvorrichtungen. Es sind vier Druckabgriffe 109 mit einem Intervall von 90° platziert, wie es im Querschnitt entlang der Linie A-A dargestellt ist.
Die 14(B) zeigt eine Druckdifferenz-Messeinrichtung unter Verwendung eines hornförmigen Halses 110. Ihre Konfiguration ist identisch mit der in der 14(A) dargestellten.
Die 15 ist ein Systemdiagramm einer achten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus der Verbrennung von Abfallmaterial. Ein Teil der vom Pyrolyseofen 1 an der stromaufwärtigen Seite des Ascheschmelzofens 31 erhaltenen Pyrolysegase kann über die Zweigleitung 7-2 zum Einlassanschluss, unter der Dispersionsplatte 3-1 im selben Pyrolyseofen 1, geliefert werden.
Im Ergebnis werden die Pyrolysegase in der Leitung Auslassleitung 7-1 nicht durch das fluidisierende Gas (das hauptsächlich aus Inertgasen wie N₂, CO₂ oder H₂O besteht) verdünnt, und sie behalten ihre vielen Kalorien, so dass die Temperatur im Ascheschmelzofen 31 leicht auf 1.300°C bis 1.500°C angehoben werden kann.
Die 16 ist ein Systemdiagramm einer neunten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus einer Verbrennung von Abfallmaterial. Hierbei verwendet der Pyrolyseofen kein Fließbett sondern eine mechanische Rühreinrichtung zum mechanischen Rühren und Fördern des Abfallmaterials.
1A ist ein Pyrolyseofen mit mechanischem Rührer, der die Feststoffe in der Pyrolysevorrichtung mechanisch rühren kann, während er sie gleichzeitig vom Mülleinlass zum Auslass für das Verkohlungsproduktgemisch fördert. Dieser mechanische Rührer zum Rühren und Fördern des Abfallmaterials kann ein Rotationsofen oder ein Rührbehälter mit horizontalem Schraubenförderer sein. Der Sand oder ein anderes Fließbettmedium wird gelagert, und der Sand und der Müll oder anderes Abfallmaterial werden über die Zuführleitung 4 und die Umwälzleitung 5 geladen. Die Rührkammer wird durch erwärmte Luft oder Verbrennungsabgase, wie sie durch die Leitung 6 geliefert werden, auf eine Temperatur von 300°C hochgebracht. Während der Sand und das Abfallmaterial durch den Rotationsofen oder den Rührtank mit horizontalem Schraubenförderer miteinander vermischt und gerührt werden, wird eine Pyrolysereaktion des Abfallmaterials induziert. Das sich ergebende Verkohlungsproduktgemisch aus unpyrolysiertem Rest und Sand wird mechanisch zur Auslassleitung 9 gefördert. Es wird von der Leitung 9 über ein Sieb 90 und eine Leitung 91 an den Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 geschickt. Die bei der Pyrolysereaktion in der Rührkammer erzeugten Pyrolysegase werden über die Auslassleitung 7 entfernt. Das durch das Sieb 90 abgetrennte nichtbrennbare Material wird über die Auslassleitung 8 entfernt.
Wie bereits erläutert, ist es wünschenswert, dass die Pyrolyse so ausgeführt wird, dass ein Kalorienverhältnis der Pyrolysegase zum Verkohlungsproduktgemisch von ungefähr 7 (Pyrolysegase) zu ungefähr 3 (Verkohlungsproduktgemisch) erzielt wird.
Mit der Auslassleitung 7 am Pyrolyseofen 1A ist eine Lufteinlassleitung 21 verbunden. Luft wird in die aus dem Ofen 1A entnommenen Pyrolysegase eingeleitet, um einen Teil des darin enthaltenen Teers zu verbrennen, um den Aufbau von Teer und Verkokung in der Auslassleitung 7 zu verhindern. Die Pyrolysegase werden an den Ascheschmelzofen 31 geliefert, bevor sie zum Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34 geleitet werden.
Andere Gesichtspunkte der Konfiguration sind identisch mit denen in der 15.
Die 17 ist ein Systemdiagramm einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus einer Verbrennung von Abfallmaterial. Hierbei ist eine Anzahl von Pyrolyseöfen verwendet.
Es werden nur diejenigen Gesichtspunkte der Konfiguration erörtert, die verschieden von denen sind, die in den 15 und 16 dargestellt sind.
Es sind zwei Pyrolyseöfen vorhanden, von denen jeder über ein Fließbett verfügt.
In den Pyrolyseöfen 1 und 1' wird der Sand oder ein anderes Fließbettmedium 2-1 und 2-1' auf Dispersionsplatten 3-1 und 3-1' geladen, die perforierte Platten oder dergleichen sind. Der Müll oder anderes Abfallmaterial sowie der Sand werden über Zuführleitungen 4 und 4' sowie Umwälz(Rückführ)leitun gen 5 und 5' geladen. Die über die Einlassleitungen 6 und 6' zugeführten Verbrennungsabgase erhöhen die Temperatur des Fließbetts im Pyrolyseofen 1 (erster Pyrolyseofen) auf zwischen 250°C und 450°C, um eine Pyrolysereaktion des Abfallmaterials zu induzieren und auf aktive Weise ein Verkohlungsproduktgemisch zu erzeugen. Dieses Gemisch wird über die Auslassleitung 9 an den Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 geliefert. Die durch diese Reaktion erzeugten Pyrolysegase werden über die Auslassleitung 7 zum Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34 entfernt. Nicht brennbares Material wird von der Auslassleitung 8 entfernt.
Im anderen Pyrolyseofen 1' (zweiter Pyrolyseofen) wird in einem Fließbett, das auf eine Temperatur von 450°C bis 700°C gebracht wurde, eine Pyrolysereaktion des Abfallmaterials induziert. Dadurch werden Chlorverbindungen entfernt, und es wird auf aktive Weise die Erzeugung von Pyrolysegasen gefördert, die über die Auslassleitung 7' an den Ascheschmelzofen 31 geliefert werden. Das unpyrolysierte Verkohlungsproduktgemisch wird über die Auslassleitung 9' zum Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen 10 entfernt; das nicht brennbare Material wird über die Auslassleitung 8' entfernt.
So wird der erste Pyrolyseofen 1 dazu verwendet, ein großes Volumen eines entchlorten Verkohlungsproduktgemischs zu erzeugen, während der zweite Pyrolyseofen 1' nur ein kleines Volumen an Verkohlungsproduktgemisch erzeugt, er jedoch in zweckmäßiger Weise Pyrolysegase erzeugt, die im Ascheschmelzofen 31 genutzt werden können. Diese Unterteilung von Funktionen verbessert den Wirkungsgrad, mit dem sowohl das Verkohlungsproduktgemisch als auch die Pyrolysegase erzeugt werden können.
Da der Pyrolyseofen 1 nur zum Entchloren des Abfallmaterials dient, kann sein Fließbett über einen Temperaturbereich von 250°C bis 450°C verfügen. Dies ermöglicht es, dass der Ofen 1 ein großes Volumen an Verkohlungsproduktgemisch erzeugt.
Die in den Ascheschmelzofen 31 eingeleiteten Gase verfügen über eine Temperatur von 450°C bis 700°C, und sie wurden demgemäß vollständig pyrolysiert, so dass es das Einspeisen auch nur eines kleinen Volumens von mit Sauerstoff angereicherter Luft in den Ofen 31 ermöglicht, seine Temperatur auf 1.300°C zu halten.
Die 18 ist ein Systemdiagramm einer elften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, d.h. einer anderen Vorrichtung zum Erzeugen überhitzten Dampfs unter Verwendung der Wärme aus einer Verbrennung von Abfallmaterial. Hierbei verfügt der Pyrolyseofen sowohl über ein Fließbett als auch einen mechanischen Rührer zum Rühren und Fördern des Abfallmaterials.
Bei dieser Ausführungsform ist der erste Pyrolyseofen, d.h. der Ofen 1 in der 17, unverändert, während der zweite Pyrolyseofen, d.h. der Ofen 1', über den mechanischen Pyrolyseofen 1A in der 16 verfügt. Anders gesagt, verfügt der zweite Ofen über einen mechanischen Rührer zum Rühren der Feststoffe innerhalb des Pyrolyseofens, während er sie gleichzeitig vom Einlass für Abfallmaterial zum Auslass für das Verkohlungsproduktgemisch fördert. Diese Vorrichtung zum Rühren und Fördern des Abfallmaterials kann ein Rotationsofen oder ein Rührbehälter mit horizontalem Schraubenförderer sein.
Wenn der Pyrolyseofen mechanisches Rühren verwendet, wie dies für den Ofen 1A gilt, ist kein Fluidisierungsgas (ein Inertgas, das hauptsächlich aus N₂, CO₂ und H₂O besteht) erforderlich, wie dies für ein Fließbett nötig ist. Die Pyrolysegase werden nicht verdünnt, so dass der Kalorienwert pro Volumeneinheit höher ist. Durch Verwenden von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft kann leicht eine Temperatur von 1.300°C erzeugt werden. Dies kann als effiziente Energiequelle zum Schmelzen des Aschengehalts des Gases verwendet werden. Zu diesem Zweck ist der mechanische Rührofen gegenüber einem Fließbettofen, wie dem Ofen 1, bevorzugt.
Anders gesagt, verwendet die Niedertemperaturpyrolyse zum Erzeugen eines Verkohlungsproduktgemischs ein Fließbett, und der Hochtemperatur-Pyrolyseofen 1' zum Erzeugen von Pyrolysegasen mit vielen Kalorien verwendet einen mechanischen Rührer.
Wenn als Ofen 1' ein mechanischer Pyrolyseofen verwendet wird, kann im Ascheschmelzofen 31 selbst dann eine Temperatur von 1.300°C aufrecht erhalten werden, wenn kein Anreichern der in den Ofen geleiteten Luft mit Sauerstoff erfolgt.
Ein Teil der vom anderen Pyrolyseofen 1' erhaltenen Pyrolysegase wird über die Zweigleitung 7' an der stromaufwärtigen Seite des Ascheschmelzofens 31 zum Pyrolysegas-Verbrennungsofen 34 geliefert. Da der Aschegehalt der Pyrolyse- oder der Verbrennungsgase ungefähr 10% des Abfallmaterials beträgt, ist es nicht erforderlich, die gesamten zum Schmelzen der Asche zugeführten Pyrolysegase zu verwenden. Da eine Zweigleitung für einen Teil der Pyroly segase vorhanden ist, wird verhindert, dass der Ascheschmelzofen die überschüssige Wärmeenergie vergeudet.
Bei dieser Anordnung sollte eine Druckdifferenz-Messeinrichtung 100, wie sie in der 14 dargestellt ist, entweder an der stromaufwärtigen Seite des Ascheschmelzofens 31, wo die Auslassleitung 7' abzweigt, oder an der Leitung 7' selbst installiert sein, um das Strömungsvolumen einzustellen.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Wie oben erörtert, verbessert die Erfindung den Wirkungsgrad, mit dem nicht brennbare Materialien entfernt werden und ein Fließbettmedium in einer Pyrolyseeinrichtung zum Pyrolysieren von Abfallmaterial (Pyrolyseofen) und einer Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen von Verkohlungsprodukten (Verkohlungsprodukt-Verbrennungsofen) abgetrennt wird, was stabile Pyrolyse und Verbrennung ermöglicht. Genauer gesagt, verhindert die Erfindung, dass Dampferzeugerleitungen durch Chlorverbindungen korrodiert werden, ohne dass die Verwendung teurer Materialien hoher Qualität erforderlich wäre. Es ist die Sammlung eines größeren Dampfvolumens von hoher Temperatur und hohem Druck von ungefähr 500°C × 100 kg/cm² möglich. Dies führt zu einem Erzeugungswirkungsgrad von mindestens 30%. Dies ermöglicht das Entfernen nicht brennbarer Materialien und des Fließbettmediums in der Pyrolyseeinrichtung für Abfallmaterialien sowie der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung. Die Pyrolyse und die Verkohlungsproduktverbrennung können auf stabilere Weise ausgeführt werden.
Durch die Erfindung ist eine Trennwand zum Verhindern einer Rückströmung von Verkohlungsprodukten, von Fließbettmedium oder Gasen zwischen der Pyrolysevorrichtung und der Verkohlungsprodukt-Verbrennungsvorrichtung geschaffen. Das Fließbettmedium, das über eine Temperaturdifferenz und einen höheren Kalorienwert verfügt, kann nicht zufällig zwischen den zwei Kammern zurückströmen. Dies verhindert, dass eine Rückströmung Temperaturschwankungen hervorruft oder die Bedingungen nachteilig beeinflusst, die in jedem Behälter zur Pyrolyse oder Verbrennung erforderlich sind.
Sowohl die Pyrolyseeinrichtung zum Pyrolysieren von Abfallmaterial als auch die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung erzielen die gleichmäßige Fluidisierungswirkung, die das Ziel ihrer Konstruktionen ist. Das Kalorienverhältnis der Wärmeenergie der in der Pyrolysevorrichtung erhaltenen Pyrolysegase sowie derjenigen der in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungsvor richtung erhaltenen Verbrennungsgase, die keinerlei Chlorverbindungen enthalten (d.h. entchlorte Wärmeenergie), erreicht ohne Schwankung das gewünschte Ziel, wie dies für die Chlorkonzentration gilt.
Bei der Erfindung wird die Pyrolyse in der Pyrolysevorrichtung effizient ausgeführt. Es werden das Aufbauen von Teer und Verkokung aufgrund der Pyrolysegase verhindert, und werden Konzentrationen von Dioxin, CO und NOx minimiert. Der Chlorgehalt wird effizienter als beim Stand der Technik verringert, und es wird mehr überhitzter Dampf erzeugt.
Gemäß der Erfindung kann die aus den Pyrolysegasen oder den Verbrennungsgasen abgetrennte Asche geschmolzen werden, um ein Aggregat oder dergleichen zu erzeugen.
Bei einer Version der Erfindung ist die Pyrolyseeinrichtung kein Fließbett sondern eine mechanische Rühreinrichtung zum mechanischen Rühren und Fördern des Abfallmaterials. Dieses Design ermöglicht es, die Pyrolysedauer und das Volumen des pyrolysierten Materials enger als mit einem Fließbett zu kontrollieren, was zu einer stabileren Pyrolysereaktion führt. Außerdem ist der Kalorienwert pro Volumeneinheit größer, da die Pyrolysegase nicht durch ein Trägergas für ein Fließbett verdünnt werden.
Bei einer anderen Version der Erfindung verfügt die Pyrolyseeinrichtung über eine Anzahl von Pyrolyseöfen, die eine geeignete Kombination aus Fließbetten und mechanischen Rührbehältern bilden. Wenn zwei Pyrolyseöfen vorhanden sind, kann jeder auf eine andere Pyrolysetemperatur eingestellt werden. Der Niedertemperaturofen kann auf 250°C bis 450°C eingestellt werden, um die Erzeugung eines entchlorten Verkohlungsproduktgemischs zu erleichtern. Der Hochtemperaturofen kann auf 450°C bis 700°C eingestellt werden, um Pyrolysegase zur Verwendung im Ascheschmelzofen zu erzeugen.
Es werden auch verschiedene andere Effekt erzielt.

Claims

Verfahren zur Erzeugung überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterial mit folgenden beiden Schritten: Erhitzen unter Druck gesetzten Dampferzeugerwassers mit einem Dampfpunkt von etwa 200°C bis 320°C mittels einer chlorhaltigen Energiequelle bis zum genannten Dampfpunkt, und weiteres Erhitzen des Dampferzeugerwassers auf über den Dampfpunkt mittels einer chlorfreien Energiequelle zur Erzeugung des überhitzten Dampfs bei vorbestimmter Temperatur, wobei: die chlorhaltige Energiequelle die Verbrennungsenergie von Pyrolysegasen darstellt, die aus einer Pyrolyseeinrichtung (1) gewonnen werden, die das Abfallmaterial aufnimmt und ein Fluidbettmedium (2-1) enthält, das auf mindestens 300°C erhitzt wird, um eine Pyrolysereaktion zu bewirken, die die genannten Pyrolysegase und einen unpyrolysierten Rest erzeugt, und die chlorfreie Energiequelle die Verbrennungsenergie des unpyrolysierten Rests in einer Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) darstellt, in der eine Verkohlungsmischung, die den unpyrolysierten Rest und das Fluidbettmedium aus der Pyrolyseeinrichtung (1) enthält, mittels eines Stroms Luft oder Verbrennungs-Abgasen fluidisiert und verbrannt wird.
Vorrichtung zur Erzeugung überhitzten Dampfs unter Verwendung der Verbrennungswärme von Abfallmaterial, aufweisend: eine Pyrolyseeinrichtung (1) zur Aufnahme des Abfallmaterials, die auf mindestens 300°C erhitzt wird, um eine Pyrolysereaktion zu bewirken und das Abfallmaterial in Pyrolysegase, eine Verkohlungsmischung mit unpyrolysiertem Rest und einem Fluidbettmedium (2-1) und unbrennbare Materialien zu trennen, eine Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) zum Fluidisieren der von der Pyrolyseeinrichtung her zugeführten Verkohlungsmischung in einen Strom Luft oder Verbrennungsabgasen sowie zum Verbrennen des unpyrolysierten Rests, eine erste Dampferzeugungseinrichtung (24, 36) zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf mit einer Temperatur von weniger als etwa 400°C mittels einer chlorhaltigen Energiequelle, die die Verbrennungsenergie der Pyrolysegase darstellt, und eine zweite Dampferzeugungseinrichtung (20, 29-1, 29-2) zur Erzeugung überhitzten Dampfs aus dem von der ersten Dampferzeugungseinrichtung erzeugten Heißwasser oder Dampf mittels einer chlorfreien Energiequelle, die die Verbrennungsenergie aus der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der entweder in der ersten oder zweiten Dampferzeugungseinrichtung (24, 36; 20, 29-1, 29-2) erzeugte Dampf oder ein Teil des in eine dieser Einrichtungen geführten Heißwassers oder Dampfs nach Bedarf einer Wärmetauscheinrichtung (29-1, 29-2, 36-2) in einem Hochtemperaturbereich der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) geleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 mit einer Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10B) auf einem Umlaufweg für das in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) erhitzte Fluidbettmedium (2-2, 2-3), wobei in der Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung eine weitere Wärmetauscheinrichtung (29-2) vorgesehen ist, um den von entweder der ersten oder der zweiten Dampferzeugungseinrichtung oder von der Wärmetauscheinrichtung nach Anspruch 3 erhitzten Dampf weiter zu erhitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 mit einer Hilfs-Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10B) mit einer Wärmeausgleichseinrichtung zum Ausgleichen eines Wärmeabfalls, die eine auf einem Umlaufweg für ein erhitztes Fluidbettmedium (2-1, 2-2, 2-3) von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10) zur Pyrolyseeinrichtung (1) angeordnete Wärmetauscheinrichtung (29-2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiterhin aufweisend: eine erste Filtereinrichtung (291) zum Trennen von Materialien, die über einen Abgabeanschluß für unverbranntes Material an der Pyrolyseeinrichtung abgegeben werden, in etwaige große Brocken unbrennbarer Materialien und andere Materialien und zum Liefern der anderen Materialien zum Boden der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10), und eine zweite Filtereinrichtung (292, 293) zum Trennen von Materialien, die von einem Anschluß für unverbranntes Material an der Verbrennungseinrichtung (10) abgegeben werden, in feinere unbrennbare Materialien und das Fluidbettmedium und zum Zuführen des Fluidbettmediums zum Boden der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10).
Vorrichtung nach Anspruch 6 mit einer dritten Filtereinrichtung (293) zum Trennen von Asche am Abgabeanschluß der zweiten Filtereinrichtung (292) und zum Liefern des von der Asche getrennten Fluidbettmediums zum Boden der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, aufweisend: eine Rückstromverhinderungseinrichtung (50, 50B, 100) zum Verhindern eines Rückstroms entweder von Verkohlungsprodukten oder von Fluidbettmedium und Gasen, wobei die Rückstromverhinderungseinrichtung in einem die Pyrolyseeinrich tung (1) und die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) verbindenden Weg oder auf Seiten der Pyrolyseeinrichtung und/oder der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Rückstromverhinderungseinrichtung (50, 50B) auf Seiten mindestens einer Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung angeordnet ist, um das Fluidbettmedium zur Pyrolyseeinrichtung (1) zurückzudrängen, und aus einer Druckdifferentialerzeugungseinrichtung (50, 50B) zur Erzeugung eines größeren Druckdiffentials als einem zwischen einem Druckwert P₁ in der Pyrolyseeinrichtung (1) und einem Druckwert P₂ in der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10) bestehenden Differential (P₁ – P₂) aufgebaut ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Rückstromverhinderungseinrichtung einen mechanischen Förderer (50B) zur Förderung der Verkohlungsmischung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10 soweit von Anspruch 4 oder 5 abhängig, wobei die Rückstromverhinderungseinrichtung (50B, 100) in einem stromabwärts der Wärmetauscheinrichtung (29-2) befindlichen Bereich vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) einen Fluidisierungsbehälter aufweist, der die Verkohlungsmischung in dem Fluidbett fluidisiert und umwälzt, indem Luft oder Verbrennungsabgas in mehrere Ströme, die durch eine Dispersionsplatte (3-2, 11) zugeführt werden oder durch Trennwände (61, 62) in dem Fluidbett geteilt sind, unterteilt zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Ströme (6', 12, 12', 12-1, 12-2, 12-3) von unterhalb der Dispersionsplatte (3-2) zugeführt werden und ihr Volumen so gesteuert wird, daß die Verkohlungsmischung im Fluidbett umgewälzt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei die Pyrolyseeinrichtung einen Luftstrom (43) in einen oberen Luftraum (40) einer Kammer bei einer oder mehreren Stufen einführt und die Pyrolysegase vorzugsweise in dem oberen Raum (40) vollständig verbrennt und wobei sich die Kammer zu ihrem unteren Raum hin verengt (411), um eine Mischung des Luftstroms mit den Pyrolysegasen zu fördern und einen Rückstrom von Strahlungswärme zu verhindern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei die Pyrolyseeinrichtung (1) folgendes aufweist: ein Hauptfluidbett, das das Fluidbettmedium wie beispielsweise fluidisierenden Sand auf einer Dispersionsplatte (3-1) gefüllt enthält und mittels eines Stroms Luft oder Verbrennungsabgasen von unterhalb der Dispersionsplatte fluidisiert wird, und eine Fördereinrichtung (1C) auf einem Boden einer Kammer, die sich zur unteren Seitenwand des Hauptfluidbetts hin erweitert, um feste Teile des Abfallmaterials von einem Zuführanschluß (4) für das Abfallmaterial zu einem Abgabeanschluß (9) für die Verkohlungsmischung zu befördern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, aufweisend: eine Aschenschlamm-Trenneinrichtung zum Gewinnen von Schlamm aus Asche, die aus Gasen abgetrennt wurde, die von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung (10, 10B) oder der Pyrolyseeinrichtung (1) aufgrund einer Primärverbrennung der Pyrolysegase ausgestoßen werden, wobei eine Sekundärverbrennungseinrichtung (31) zur Verbrennung restlicher Pyrolysegase nach der Abtrennung der Asche durch die Aschenschlammtrenneinrichtung vorhanden ist, wobei die von der Pyrolyseeinrichtung (1) ausgestoßenen Pyrolysegase der Aschenschlammtrenneinrichtung zugeführt werden und ein Teil der Pyrolysegase zur Sekundärverbrennungseinrichtung (31) abgezweigt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, weiterhin aufweisend: einen verengten Bereich (110) in einem Abgabeanschluß für Pyrolysegase, die in der Pyrolysereaktion in einer sauerstoffarmen Pyrolysekammer (1) erzeugt werden, wo Abfallmaterial zugeführt wird, wobei der Abgabeanschluß die Pyrolysegase an eine Sekundärverbrennungseinrichtung (31) oder eine Wärmetauscheinrichtung abgibt, und einen Luftzuführanschluß (105~108) zur bedarfsgerechten Einspeisung einer kleinen Menge an Luft (einschließlich Gasen zur Unterstützung einer Verbrennung) durch Drucköffnungen (109) auf einer Einlaß- und einer Auslaßseite des verengten Bereichs (110), um das Strömungsvolumen der Pyrolysegase zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei ein Teil der von der Pyrolysereaktion erhaltenen Pyrolysegase einem Zuführanschluß (6) der Pyrolysekammer (1) zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, wobei die Pyrolyseeinrichtung (1) einen Pyrolyseofen mit einer mechanischen Förder/Rühreinrichtung (1C) zum Fördern fester Teile des Abfallmaterials in der Pyrolyseeinrichtung von einem Zuführanschluß (4) des Abfallmaterials zu einem Abgabeanschluß (9) für die Verkohlungsmischung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 19, wobei die Pyrolyseeinrichtung (1) mehrere Pyrolyseöfen (1, 1') aufweist, die von einer geeigneten Kombination Fluidbetten und Rührbehälter gebildet sind, wobei die Rührbehälter bei verschiedenen Pyrolysetemperaturen gehalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die bei höherer Temperatur erzeugten Pyrolysegase einer Aschenschlammtrenneinrichtung zugeführt werden, um Schlamm aus Asche, die aus Gasen abgetrennt wurde, die entweder von der Verkohlungsprodukt-Verbrennungseinrichtung oder der Pyrolyseeinrichtung ausgestoßen werden, zu gewinnen.