EP0504502A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten schadstoffbelasteter Abfallstoffe - Google Patents

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EP0504502A1
EP0504502A1 EP91250171A EP91250171A EP0504502A1 EP 0504502 A1 EP0504502 A1 EP 0504502A1 EP 91250171 A EP91250171 A EP 91250171A EP 91250171 A EP91250171 A EP 91250171A EP 0504502 A1 EP0504502 A1 EP 0504502A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluidized bed
gas
bed
processed
fluidized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91250171A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Klaus Dr.-Ing. Schott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuettner GmbH and Co KG
Original Assignee
Kuettner GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE4109136A external-priority patent/DE4109136C2/de
Application filed by Kuettner GmbH and Co KG filed Critical Kuettner GmbH and Co KG
Publication of EP0504502A1 publication Critical patent/EP0504502A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/30—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C5/00—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose
    • B22C5/08—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose by sprinkling, cooling, or drying

Definitions

  • processing material such as industrial dusts and sludges, such as those obtained, for example, and in particular in iron and non-ferrous metallurgy, in filter systems, in washer systems, sewage treatment plants, etc., mill scale, (foundry) used sand and the like, in which a bed of bulk material heated from above is fluidized into a fluidized bed by introducing (fluid) gas at least in the region of an upper layer.
  • the invention further relates to a device for carrying out the aforementioned method with a bed-forming wall, within which a bed consisting at least partially of material to be processed is to be formed, a fluidizing device for introducing fluidizing gas into the bed to form a fluidized bed, a heating device for heating the fluidized bed, and an exhaust pipe for discharging the combustion gases.
  • waste materials of the aforementioned type are generated in large quantities in all possible technological processes and used to be - sometimes. until recently - as such dumped on landfills.
  • the binder bentonite or the like is used.
  • the surface of the sand grains is fixed in a shell-like manner by fireclaying (oolithisation), while molding sands with organic binders undergo thermal decomposition in the course of the casting process and thus sticky residues of carbon-rich degradation products of the organic binders on the surface of the sand grains.
  • fireclaying oolithisation
  • organic binders undergo thermal decomposition in the course of the casting process and thus sticky residues of carbon-rich degradation products of the organic binders on the surface of the sand grains.
  • additives that contaminate the old sand such as sizing, glossy carbon, etc.
  • a number of particularly pneumatic or mechanical processing methods are known for processing used sand, which separate the sands into a reusable material fraction and a non-convertible waste fraction that is enriched with pollutants.
  • mechanical or mechanical / pneumatic processing can process the used sand to such an extent that a waste fraction is formed which only contains a small amount of material and which is not economically recoverable.
  • the waste fraction is a particularly fine-grained, pollutant-rich substance that has to be decontaminated. When this substance is decontaminated, the total burnout of the organic substance must be ensured by a corresponding residence time in the reactor.
  • mill scale which is known to be a mixture of FE and / or FEO and / or FE3O4 and FE2O3 with water and oil, which in different Grain (predominantly smaller than 500 ⁇ m) with partly very different levels of oil and water is obtained, whereby mill scale generally has only a relatively small proportion of other impurities such as Zn, Pb and alkalis.
  • mill scale can be returned to a metallurgical production process as a very valuable raw material.
  • waste materials such as sewage sludge, sludge from wet washing of furnace systems etc., contaminated soil, residues from production processes in the paint industry and the like. as well as other pasty or (at least partially) liquid substances or fine-grained solids of various types contaminated with pollutants.
  • the present invention has for its object to provide a method (and a device suitable for carrying it out) with which such waste materials are both technically and economically and last but not least ecologically satisfactory with extensive separation or destruction of their pollutant components to reusable raw materials are to be processed.
  • the material systems to be processed have different material properties, that of material conversion (combustion, drying, etc.) and the movement of substances in the fluidized bed must be taken into account.
  • Solids have to be processed at different (limit) temperatures, whereby the maximum permissible temperature results from the properties of the respective solid.
  • limit temperatures
  • the length of time the solid remains in the fluidized bed up to the desired degree of material conversion depends on the solid and its grain structure.
  • the solution to the procedural part of the above task generally consists in that the at least partially.
  • Fluidized bed consisting of processing material is optionally additionally heated from above, the heating intensity being controllable or adjustable - that is, adjustable - so that the solid temperature on the one hand and the gas temperature prevailing in the gas space above the fluidized bed on the other hand - preferably separately - can be adjusted , it being expedient if - independently of this - the amount of fluid gas required to generate the optimal fluidization state can be adjusted. This is particularly true for very fine-grained reprocessed material.
  • the fluidized bed can consist essentially entirely of material to be processed or, in an embodiment of the invention, can also contain a granular carrier material, in the latter case the material to be processed preferably being supplied to the carrier material in the lower third of the fluidized bed.
  • the grain size of the carrier material is preferably (at least predominantly) larger than the particle size of the material to be processed, in order to ensure that the material to be processed can be viewed from the carrier material without falling below the required dwell time.
  • the bulk density of the carrier material is preferably greater than the bulk density of the reprocessed material in these cases, and in particular also by the choice of the relative bulk densities, the dwell time of the material to be processed in the carrier layer during processing can be set as it were.
  • the carrier material is at least substantially spherical.
  • the fluidized bed can be operated in a manner known per se at least partially in a circulating manner and otherwise either oxidizing or also reducing, in which case the exhaust gas is to be subjected to an aftertreatment.
  • the fluid gas can consist essentially of air (i.e. not of fuel), the amount of fluid gas supplied to the fluidized bed over time being dimensioned such that the oxygen it contains is (just) sufficient to contain the amount contained in the processed material
  • the vortex speed of which is another highly preferred embodiment of the present invention can be adjustable within wide limits.
  • the very fine-grained material to be processed is usually reduced Add water agglomerated to a suitable grain size. This prevents the fluidized bed from overheating and at the same time ensures that the required dwell time of the fine particles in the fluidized bed is maintained by the time required for the agglomerates to dissolve.
  • the fluidized bed is preferably formed from the coarse fraction contained in the material to be processed.
  • the fluidized bed is most preferably heated from above, preferably with high-speed burners, gaseous fuels having proven to be particularly useful as additional fuel (in addition to the fuel already contained in the substance to be processed).
  • the fluidized bed is preferably kept at a steady temperature of about 750 to 950 ° C.
  • the temperature in the solid on the one hand and in the gas space above the fluidized bed on the other hand can be set differently, and also the dwell time of the material to be processed in the fluidized bed.
  • the fluidizing speed of the fluidized bed can be adjusted within wide limits in order to be able to adapt the operating conditions as optimally as possible to the respective needs of the material being processed.
  • separator downstream of the fluidized bed. Separating solids, where it can then still be highly expedient to partially return the separated solid to the fluidized bed.
  • mill scale this is introduced according to the invention into a hot, heated fluidized bed of high thermal capacity, which in this case is operated with a (different) carrier material or specifically with coarse mill scale, the fine mill scale appropriately disposed of overhead and the coarse scale on the foot the fluidized bed can be disposed of.
  • a carrier material or specifically with coarse mill scale
  • the moisture contained in the mill scale to be processed evaporates spontaneously when it is introduced into the fluidized bed, whereby / whereby the oil contained in the mill scale is also finely atomized and the oil adhering to the mill scale is spontaneously gasified, so that it is completely oxidized with the fluidizing gas air (or oxygen) constantly supplied to the fluidized bed.
  • the drawing shows a schematic representation of a bunker 1 in which the waste material is collected.
  • the waste material is fed to a moistening and agglomerating device 2 and the agglomerates formed here are introduced into the fluidized bed furnace 3.
  • the agglomerates in their outer layer are suddenly heated to an operating temperature of approx. 800 to 850 ° C, the inorganic Pollutants can be fully implemented with the help of atmospheric oxygen. As a result of the good movement in the fluidized bed, the agglomerates are slowly consumed.
  • Fine-grained solids are discharged overhead from the fluidized bed. These solids are separated from the gas flow in a separator 6 in order to protect the downstream heat exchanger 5 against wear.
  • Solids leave the fluidized bed overhead or via side discharges 7a or 7b, the discharge 7b being used only from time to time for the disposal of non-vertebrate material.
  • the furnace gas is cooled in a heat exchanger 5 while preheating the fluidized air.
  • the solid In order to cool the solid discharged above the head and separated in the separator and the solid discharged laterally from the fluidized bed, the solid passes through a cooler 8.
  • a high-speed burner 10 which is controllable with regard to its heating power is indicated above the fluidized bed 3, the burner mouth 11 of which can be adjusted to the wall 12 of the fluidized bed furnace 9 and to the surface 13 of the fluidized bed 3, namely the high-speed burner 10 is essentially in the center arranged and held on a bracket, not shown, in the roof of the fluidized bed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
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  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten schadstoffbelasteter Abfallstoffe (= Aufbereitungsgut) wie industrieller Stäube und Schlämme, Walzzunder, Altsand u.dgl., bei dem ein beheiztes Schüttgutbett durch Einleiten von (Fluid-)Gas wenigstens im Bereich einer oberen Schicht zu einer Wirbelschicht fluidisiert wird, wobei die wenigstens z.T. aus Aufbereitungsgut bestehende Wirbelschicht von oben beheizt wird, wobei die Beheizungsintensität steuerbar bzw. regelbar ist, so daß die Feststoff-Temperatur einerseits und die in dem oberhalb der Wirbelschicht befindlichen Gasraum herrschende Gastemperatur andererseits einstellbar sind, und daß die thermischen Erfordernisse aus dem Aufbereitungsprozeß von den strömungstechnischen Erfordernissen aus dem Stoffsystem entkoppelt voneinander steuerbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten schadstoffbelasteter Abfallstoffe (= Aufbereitungsgut) wie industrieller Stäube und Schlämme, wie sie bspw. und insbesondere bei der Eisen- und Nichteisenmetallurgie, in Filteranlagen, in Wäscheranlagen, Kläranlagen etc. anfallen, Walzzunder, (Gießerei-)Altsand u.dgl., bei dem ein von oben beheiztes Schüttgutbett durch Einleiten von (Fluid-)Gas wenigstens im Bereich einer oberen Schicht zu einer Wirbelschicht fluidisiert wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit einer bettbildenden Wandung, innerhalb welcher ein wenigstens teilweise aus Aufbereitungsgut bestehendes Bett zu bilden ist, einer Fluidisiereinrichtung zum Einleiten von Fluidisiergas in das Bett zwecks Bildung einer Wirbelschicht, einer Heizeinrichtung zum Beheizen der Wirbelschicht, und einer Abgasleitung zum Ableiten der Verbrennungsgase.
  • Abfallstoffe der vorgenannten Art fallen bekanntlich bei allen möglichen technologischen Prozessen in großem Umfange an und sind früher - z.T. bis in die jüngste Zeit - als solche auf Deponien verkippt worden.
  • Im Hinblick auf den Umstand, daß der zur Verfügung stehende Deponieraum knapp (und entsprechend teuer) geworden ist, sowie den Umstand, daß es nicht zuletzt auch unter ökologischen Gesichtspunkten kaum noch vertretbar ist, derartige "Abfallstoffe" nicht wenigstens teilweise wieder zu verwendbaren Stoffen aufzubereiten, sind in jüngster Zeit verschiedene Aufbereitungsverfahren entwickelt worden. Diese sind jedoch noch nicht so effizient, wie dieses an sich wünschenswert ist, führen teilweise zu erheblichen Umweltbelastungen etc.
  • Ein typisches Beispiel hierfür ist der in Gießereien ständig in relativ großen Mengen anfallende Altsand, dessen Ursprungs-Formsand als Formstoff entweder anorganische Bindemittel wie z.B. und insbesondere Bentonit (= "anorganischer Altsand") oder/und organische Bindemittel wie z.B. und insbesondere Phenol- oder/und Furanharze (= "organischer Altsand") enthält. Dabei wird bei anorganisch gebundenen Formsanden das Bindemittel Bentonit od.dgl. - abhängig von dem Grad der Wärmeeinwirkung beim Gießvorgang - jeweils auf der Oberfläche der Sandkörner durch Schamottisierung (Oolithisierung) schalenförmig fixiert, während es bei Formsanden mit organischen Bindemitteln im Verlaufe des Gießvorganges zu deren thermischer Zersetzung und damit zu festhaftenden Rückständen kohlenstoffreicher Abbauprodukte der organischen Bindemittel auf der Oberfläche der Sandkörner kommt. Darüber hinaus kommt es aufgrund weiterer Zusätze zu Verunreinigungen des Altsandes, wie z.B. Schlichte, Glanzkohlenstoff etc.
  • Für eine Aufbereitung von Altsand sind eine Anzahl besonders pneumatischer oder mechanischer Aufbereitungsverfahren bekannt, die die Sande in eine wiedereinsetzbare Werkstoff- und eine nicht mehr ververtbare - mit Schadstoffen angereicherte - Abfallfraktion trennen.
  • Die Dekontaminierung der Abfallfraktion sowie die Wiedergewinnung des in der Abfallfraktion noch vorhandenen Werkstoffanteils ist eine typische Aufgabenstellung dieses neuen Verfahrens.
  • In einigen Fällen kann durch die mechanische oder mechanisch/pneumatische Aufbereitung der anfallende Altsand soweit aufbereitet werden, daß eine Abfallfraktion entsteht, die nur noch einen geringen Werkstoffanteil enthält und der wirtschaftlich nicht rückgewinnbar ist. Die Abfallfraktion ist in einem solchen Fall ein besonders feinkörniger, schadstoffreicher Stoff, der zu dekontaminieren ist. Bei der Dekontaminierung dieses Stoffes muß der völlige Ausbrand der organischen Substanz durch entsprechende Verweilzeit im Reaktor gewährleistet werden.
  • Ein anderer Problemfall der vorliegenden Art ist der Anfall bzw. die Aufbereitung von Walzzunder, bei dem es sich bekanntlich um ein Gemisch FE und/oder FEO und/oder FE₃O₄ und FE₂O₃ mit Wasser und Öl handelt, welches in unterschiedlicher Körnung (vorwiegend kleiner als 500 um) mit z.T. stark unterschiedlichen Gehalten an Öl und Wasser anfällt, wobei Walzzunder i.a. nur relativ geringe Anteil an sonstigen Verunreinigungen wie Zn, Pb und Alkalien aufweist. In entsprechend aufbereiteter Form kann Walzzunder als sehr wertvoller Rohstoff einem metallurgischen Produktionsprozeß wieder zugeführt werden.
  • Für eine derartige Aufbereitung von Walzzunder ist bisher das energetisch höchst unwirtschaftlich arbeitende, direkt oder indirekt beheizte Drehrohr eingesetzt worden, wobei durch direkten Abbrand bzw. Schwelung Öl umgesetzt bzw. verbrannt wird und das Wasser verdampft. Dabei erfordert dieses sog. Drehrohrverfahren auf jeden Fall eine Gasnachbehandlung.
  • Ein weiterer Problemfall der hier in Rede stehenden Art sind Abfallstoffe wie Klärschlamm, Schlämme aus Naßwäschen von Ofenanlagen etc., kontaminierte Erde, Rückstände aus Produktionsprozessen der Farbindustrie u.dgl. sowie sonstige schadstoffbelastete pastöse oder auch (wenigstens teilweise) flüssige Substanzen bzw. feinkörnige Feststoffe verschiedener Art.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren (sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung) zu schaffen, mit dem derartige Abfallstoffe sowohl in technischer wie auch in wirtschaftlicher und nicht zuletzt ökologisch befriedigender Weise unter weitgehender Abscheidung bzw. Vernichtung ihrer Schadstoffanteile zu wiederverwendbaren Rohstoffen aufzubereiten sind.
  • Die zur Aufbereitung anstehenden Stoffsysteme weisen unterschiedliche Stoffeigenschaften auf, die bei der Stoffumwandlung (Verbrennung, Trocknung etc.) und der Stoffbewegung in der Wirbelschicht berücksichtigt werden müssen. So sind Feststoffe bei unterschiedlichen (Grenz-)Temperaturen aufzubereiten, wobei sich die höchst zulässige Temperatur aus den Eigenschaften des jeweiligen Feststoffes ergibt. Ebenso ist die Aufenthaltsdauer des Feststoffes in der Wirbelschicht bis zum gewünschten Grad der Stoffumwandlung abhängig vom Feststoff und seiner Kornstruktur.
  • Es ist also wünschenswert, einen Reaktor zu haben, bei dem die zur Erzeugung der erforderlichen Reaktionswärme benötigte Brennstoff- und Brennluftmenge die Wirbelschicht nicht belastet, damit die für die unterschiedlichen Feststoffe jeweils erforderliche Fluidgasmenge den Strömungszuständen in der Wirbelschicht angepaßt werden kann, ohne Rückwirkung auf die Beheizung und umgekehrt.
  • Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der vorstehenden Aufgabe besteht allgemein darin, daß die wenigstens z.T. aus Aufbereitungsgut bestehende Wirbelschicht ggf. zusätzlich von oben beheizt wird, wobei die Beheizungsintensität steuerbar bzw. regelbar - also einstellbar - ist, so daß die Feststoff-Temperatur einerseits und die in dem oberhalb der Wirbelschicht befindlichen Gasraum herrschende Gastemperatur andererseits - vorzugsweise getrennt - einstellbar sind, wobei es zweckmäßig ist, wenn - unabhängig hiervon - die zur Erzeugung des optimalen Fluidisierzustandes benötigte Fluidgasmenge einstellbar ist. Dies trifft ganz besonders für sehr feinkörniges Aufbereitungsgut zu.
  • Dabei kann - wie bereits angedeutet - die Wirbelschicht im wesentlichen vollständig aus Aufbereitungsgut bestehen oder aber auch in Ausgestaltung der Erfindung ein körniges Trägermaterial enthalten, wobei im letzteren Fall das Aufbereitungsgut dem Trägermaterial bevorzugt im unteren Drittel der Wirbelschicht zugeführt wird.
  • Bei Verfahren unter Verwendung von Trägermaterial ist die Korngröße des Trägermaterials bevorzugt (zumindest überwiegend) größer als die Partikelgröße des Aufbereitungsgutes, um die Aussichtung des Aufbereitungsgutes aus dem Trägermaterial ohne die erforderliche Verweilzeit zu unterschreiten, zu gewährleisten.
  • Aus dem gleichen Grunde ist in diesen Fällen die Rohdichte des Trägermaterials bevorzugt größer als die Rohdichte des Aufbereitungsgutes, wobei u.a. und insbesondere auch über die Wahl der relativen Rohdichten die Verweilzeit des Aufbereitungsgutes in der Trägerschicht bei der Aufbereitung gleichsam eingestellt werden kann.
  • Für eine Mehrzahl von Aufbereitungsgütern hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn das Trägermaterial zumindest im wesentlichen kugelförmig ist.
  • Die Wirbelschicht kann in weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in an sich bekannter Weise wenigstens teilweise zirkulierend betrieben werden und im übrigen entweder oxidierend oder auch reduzierend, wobei im letzteren Falle das Abgas einer Nachbehandlung zu unterziehen ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Fluidgas im wesentlichen aus Luft bestehen (also nicht aus Brennstoff), wobei die der Wirbelschicht zeitlich zugeführte Fluidgasmenge dann so bemessen ist, daß der in ihr enthaltene Sauerstoff (gerade) ausreicht, um den im Aufbereitungsgut enthaltenen Brennstoff (wie z.B. Öl, Kohlenwasserstoffverbindungen etc.) in einem vorgebenen Zeitintervall umzusetzen bzw. zu verbrennen, sofern die so bestimmte Fluidgasmenge für die Fluidisierung der Wirbelschicht ausreicht, deren Wirbelgeschwindigkeit in weiterer höchst bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in weiten Grenzen einstellbar sein kann.
  • Übersteigt der für die Umsetzung des im Aufbereitungsgut enthaltenen Brennstoffes (wie z.B. Öl, Kohlenwasserstoff etc.) benötigte Sauerstoff (in der zugeführten Luftmenge) die zur Einstellung des optimalen Fluidisierzustandes in der Wirbelschicht benötigte Luftmenge, wird das dann in der Regel vorliegende sehr feinkörnige Aufbereitungsgut unter Zugabe von Wasser zu einer geeigneten Korngröße agglomeriert. Hiermit wird vermieden, daß es zur Übertemperatur im Wirbelbett kommt und gleichzeitig erreicht, daß die erforderliche Verweilzeit der feinen Partikel in der Wirbelschicht durch die zur Auflösung der Agglomerate erforderliche Zeit eingehalten wird. Bevorzugt wird in diesen Fällen die Wirbelschicht aus dem im Aufbereitungsgut enthaltenen Grobanteil gebildet.
  • Zur Bindung von Schwefelanteilen des Aufbereitungsguts kann es zweckmäßig sein, der Wirbelschicht in an sich bekannter Weise Kalkstein od.dgl. zuzusetzen.
  • Im übrigen sei darauf verwiesen, daß die Luftzugabe bei der Erzeugung der Reaktionswärme gestuft und bevorzugt so eingestellt wird, daß im wesentlichen keine beachtliche NOx-Bildung erfolgt.
  • Erfindungsgemäß wird die Wirbelschicht höchst bevorzugt von oben beheizt, und zwar vorzugsweise mit Hochgeschwindigkeitsbrennern, wobei sich als Zusatzbrennstoff (über die im aufzubereitenden Stoff bereits enthaltenen Brennstoffanteile hinaus) gasförmige Brennstoffe als besonders zweckmäßig erwiesen haben.
  • Die Wirbelschicht wird bevorzugt auf einer Beharrungstemperatur von ca. 750 bis 950° C gehalten.
  • Gemäß weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann die Tempertaur im Feststoff einerseits und im Gasraum oberhalb der Wirbelschicht andererseits unterschiedlich eingestellt werden, sowie auch die Verweilzeit des aufzubereitenden Gutes in der Wirbelschicht.
  • Auch ist es in aller Regel zweckmäßig, wenn die Wirbelgeschwindigkeit der Wirbelschicht in weiten Grenzen einstellbar ist, um die Betriebsverhältnisse den jeweiligen Bedürfnissen des Aufbereitungsgutes möglichst optimal anpassen zu können.
  • Weiterhin kann es zweckmäßig sein, in einem der Wirbelschicht nachgeschalteten Abscheider od.dgl. Feststoffe abzuscheiden, wobei es dann weiterhin höchst zweckmäßig sein kann, den abgeschiedenen Feststoff teilweise in die Wirbelschicht zurückzuführen.
  • Im Falle von Walzzunder wird dieser erfindungsgemäß in eine heiße, beheizte Wirbelschicht großer Wärmekapazität eingebracht, die in diesem Einsatzfalle mit einem (anderen) Trägermaterial bzw. gezielt mit grobem Walzzunder betrieben wird, wobei der feine Walzzunder zweckmäßigerweise über Kopf entsorgt und der grobe Zunder am Fuß der Wirbelschicht entsorgt werden kann. Ganz gleich ob dabei grober Walzzunder oder z.B. Stahlkies als Trägermaterial verwendet wird, verdampft beim Einbringen in die Wirbelschicht die in dem aufzubereitenden Walzzunder enthaltene Feuchte spontan, wobei/wodurch das im Walzzunder enthaltene Öl zugleich fein vernebelt wird und am Walzzunder anhaftendes Öl spontan vergast wird, so daß es mit dem der Wirbelschicht ständig zugeführten Fluidisiergasluft (bzw. Sauerstoff) vollständig oxidiert wird.
  • Im Falle von Naßwäscherschlamm, kontaminierter Erde, Rückständen der farbproduzierenden Industrie u.dgl. kann ebenfalls mit einer Wirbelschicht mit oder ohne gesondertes Trägermaterial gearbeitet werden, wobei es hier in der Regel oberhalb der Wirbelschicht im sogenannten Gasraum zu einer Nachverbrennung kommt und feinste Flugstaubpartikel völlig dekontaminiert werden.
  • Entsprechendes gilt für eine erfindungsgemäße Aufbereitung pastöser oder flüssiger Substanzen, bei denen selbstverständlich stets mit Trägermaterial in der Wirbelschicht gearbeitet wird, wobei auch in diesen Fällen organische Bestandteile mehr oder weniger spontan und vollständig umgesetzt ("verbrannt") werden und evtl. Schwefelanteile durch Zusatz von Kalkstein gebunden werden können.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert, die sich auf eine erfindungsgemäße Dekontaminierung von Abfallstoffen aus einer mechanischen Sandaufbereitung mit hohem Zeitwert bezieht.
  • Die Zeichnung zeigt in einer schematischen Darstellung einen Bunker 1, in dem der Abfallstoff gesammelt wird. Der Abfallstoff wird einer Befeuchtungs- und Agglomeriervorrichtung 2 zugeführt und die hier geformten Agglomerate in den Wirbelschichtofen 3 eingebracht.
  • Infolge des außerordentlich raschen Wärmeübergangs (und der guten Vermischung in der Wirbelschicht) werden die Agglomerate in ihrer äußeren Schicht schlagartig auf eine Betriebstemperatur von ca. 800 bis 850° C erwärmt, wobei die anorganischen Schadstoffe mit Hilfe des Luftsauerstoffes vollständig umgesetzt werden. Infolge der Gutbewegung in der Wirbelschicht werden die Agglomerate langsam aufgezehrt.
  • Aus der Wirbelschicht werden feinkörnige Feststoffe über Kopf ausgetragen. Diese Feststoffe werden vom Gasstrom in einem Abscheider 6 separiert, um den nachgeschalteten Wärmetauscher 5 vor Verschleiß zu schützen.
  • Feststoffe verlassen die Wirbelschicht über Kopf oder über seitliche Austräge 7a bzw. 7b, wobei der Austrag 7b nur von Zeit zu Zeit zur Entsorgung nichtwirbelfähigem Materials benutzt wird.
  • Das Ofengas wird in einem Wärmetauscher 5 unter Vorwärmung der Wirbelluft gekühlt.
  • Zur Kühlung des über Kopf ausgetragenen und im Abscheider separierten Feststoffes und des seitlich aus der Wirbelschicht ausgetragenen Feststoffes passiert dieser einen Kühler 8.
  • Im Wirbelschichtofen 9 ist oberhalb der Wirbelschicht 3 ein bzgl. seiner Heizleistung steuerbarer Hochgeschwindigkeits-Brenner 10 angedeutet, dessen Brennermündung 11 zur Wandung 12 des Wirbelschichtofens 9 sowie zur Oberfläche 13 der Wirbelschicht 3 einstellbar ist, und zwar ist der Hochgeschwindigkeits-Brenner 10 im wesentlichen mittig angeordnet und an einer nicht dargestellten Halterung im Dach der Wirbelschicht gehalten.
    • BEZUGSZEICHENLISTE (LIST OF REFERENCE NUMERALS)
    • 1
    Bunker
    2
    Befeuchtungs- und Agglomeriervorrichtung
    3
    Wirbelschicht
    4
    Wirbelschichtoberfläche
    5
    Wärmetauscher
    6
    Abscheider
    7a, 7b
    Austräge
    8
    Feststoffkühler
    9
    Wirbelschichtofen gesamt
    10
    Brenner
    11
    Brennermündung
    12
    Wirbelschichtofen Wandung

Claims (41)

  1. Verfahren zum Aufbereiten schadstoffbelasteter Abfallstoffe (= Aufbereitungsgut) wie industrieller Stäube und Schlämme, Walzzunder, Altsand u.dgl., bei dem ein beheiztes Schüttgutbett durch Einleiten von (Fluid-)Gas wenigstens im Bereich einer oberen Schicht zu einer Wirbelschicht fluidisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens z.T. aus Aufbereitungsgut bestehende Wirbelschicht von oben beheizt wird, wobei die Beheizungsintensität steuerbar bzw. regelbar ist, so daß die Feststoff-Temperatur einerseits und die in dem oberhalb der Wirbelschicht befindlichen Gasraum herrschende Gastemperatur andererseits einstellbar sind, und daß die thermischen Erfordernisse aus dem Aufbereitungsprozeß von den strömungstechnischen Erfordernissen aus den Stoffsystemen entkoppelt voneinander steuerbar sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststofftemperatur und die Gastemperatur getrennt einstellbar sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizungsintensität unabhängig von strömungstechnischen Erfordernissen des Stoffsystemes einstellbar ist.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffbewegung unabhängig von der Beheizung einstellbar ist.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht im wesentlichen vollständig aus Aufbereitungsgut besteht.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht ein körniges Trägermaterial enthält.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbereitungsgut der Wirbelschicht von oben her zugeführt wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbereitungsgut der Wirbelschicht im unteren Drittel zugeführt wird.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sehr feinkörniges Aufbereitungsgut vor Einbringen in die Wirbelschicht feucht agglomeriert wird.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Trägermaterials (zumindest überwiegend) größer ist als die Partikelgröße des Aufbereitungsgutes.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohdichte des Trägermaterials größer ist als die Rohdichte des Aufbereitungsgutes.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial im wesentlichen kugelförmig ist.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht wenigstens teilweise zirkulierend betrieben wird.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht oxidierend betrieben wird.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht reduzierend betrieben wird, und daß das Abgas einer Nachverbrennung unterzogen wird.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidgas im wesentlichen (lediglich) aus Luft und/oder inertem Gas besteht, und daß die der Wirbelschicht zeitlich zugeführte Fluidgasmenge so bemessen ist, daß der in ihr enthaltene Sauerstoff (gerade) ausreicht, um den im Aufbereitungsgut enthaltenen Brennstoff in einem vorgegebenen Zeitintervall umzusetzen (sofern die so bestimmte Fluidgasmenge für die Fluidisierung der Wirbelschicht ausreicht.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelgeschwindigkeit der Wirbelschicht in weiten Grenzen einstellbar ist.
  18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur(en) so eingestellt wird (werden) oder die Verbrennungsluft gestuft zugeführt wird, daß im wesentlichen keine beachtliche NOx-Bildung erfolgt.
  19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht mit einem gasförmigen Brennstoff als Zusatzbrennstoff beheizt wird.
  20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel für das Brenngas Luft oder Sauerstoff verwendet wird.
  21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß (anstelle des Gasbrenners) ein Plasmabrenner eingesetzt wird.
  22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht auf einer Beharrungstemperatur von ca. 700 bis 950° C gehalten wird.
  23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Wirbelschicht nachgeordneten Abscheider Feststoff zumindest teilweise in die Wirbelschicht zurückgeführt wird.
  24. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelluft mit der Abgaswärme der Wirbelschicht vorgeheizt wird.
  25. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas von ca. 450 bis 150° C mittels Wasser gequencht wird.
  26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung nahstöchiometrisch betrieben wird.
  27. Vorrichtung zum Aufbereiten schadstoffbelasteter Abfallstoffe (= Aufbereitungsgut) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer bettbildenden Wandung, innerhalb welcher ein wenigstens teilweise aus Aufbereitungsgut bestehendes Bett zu bilden ist, einer Fluidisiereinrichtung zum Einleiten von Fluidgas in das Bett zwecks Bildung einer Wirbelschicht, einer Heizeinrichtung zum Beheizen der Wirbelschicht, und einer Abgasleitung zum Ableiten der Verbrennungsgase, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung als oberhalb der Wirbelschicht (3) angeordneter Hochgeschwindigkeits-Brenner (10) ausgebildet ist, dessen Abstand seiner Brennermündung (11) zur Wandung (12) bzw. zur Oberfläche (4) der Wirbelschicht (3) einstellbar ist.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochgeschwindigkeitsbrenner bzw. Plasmabrenner (10) bzw. dessen Brennermündung (11) im wesentlichen mittig zur Wandung (12) des Wirbelschichtofens (9) bzw. der von dieser gehaltenen Wirbelschicht (3) angeordnet ist.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung des Wirbelschichtofens (9) ein Nachbrenner bzw. eine Nachbrennkammer angeordnet ist.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung eine Rauchgas-Nachbehandlungseinrichtung angeordnet ist.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgas-Nachbehandlungseinrichtung einen Abscheider aufweist.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgas-Nachbehandlungseinrichtung eine mit Wasser betriebene Quenchstufe enthält.
  33. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgas-Nachbehandlungseinrichtung ein Filter aufweist.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Stoffilter ist.
  35. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich des von der Wandung (12) gebildeten Bettes eine körnige, vorzugsweise im wesentlichen kugelförmige Schüttung ausgebildet ist, deren Korngröße im wesentlichen größer als die Korngröße des Aufbereitungsgutes ist.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohdichte der Schüttung größer ist als die Rohdichte des Aufbereitungsgutes.
  37. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bett bildende bzw. haltende Wandung (12) wenigstens einen ggf. verschließbaren Seitenauslaß und/oder einen ggf. verschließbaren Bodenauslaß aufweist.
  38. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 37, gekennzeichnet durch mehrere sich bis in den Bereich der zu bildenden Wirbelschicht hineinerstreckende Düsen.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Düsen vorzugsweise individuell veränderbar bzw. einstellbar ist.
  40. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 39, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, mittels welcher die zeitlich zugeführte Fluidgasmenge ggf. gesteuert bzw. geregelt einzustellen ist.
  41. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 40, gekennzeichnet durch eine von der zeitlichen Menge der im Abscheider abgeschiedenen Grobanteile steuerbare/regelbare Steuer- bzw. Regeleinrichtung, mittels welcher eine nicht-zirkulierende Betriebsweise der Wirbelschicht wenigstens teilweise in eine zirkulierende Betriebsweise umzuschalten ist.
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