EP0908673A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Schlacke und/oder Asche aus der thermischen Behandlung von Müll - Google Patents

Verfahren zur Aufbereitung von Schlacke und/oder Asche aus der thermischen Behandlung von Müll Download PDF

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EP0908673A1
EP0908673A1 EP97810772A EP97810772A EP0908673A1 EP 0908673 A1 EP0908673 A1 EP 0908673A1 EP 97810772 A EP97810772 A EP 97810772A EP 97810772 A EP97810772 A EP 97810772A EP 0908673 A1 EP0908673 A1 EP 0908673A1
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EP
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slag
rotary kiln
ash
discharged
heavy metals
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Bruno Carcer
Hans Rüegg
Christian Steiner
Beat Stoffel
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Alstom SA
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
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    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/30—Solid combustion residues, e.g. bottom or flyash

Definitions

  • the invention relates to the field of thermal waste treatment. she relates to a process for the treatment of slag and / or ash from the thermal treatment of garbage.
  • EP 0 372 039 B1 describes a process for treating the slag from waste incineration plants known in which the slag dry from the incinerator is carried out, a rough cleaning (removing unburned Coarse goods and magnetic parts) is subjected, and then the coarse cleaned slag is separated into at least two fractions and one of them all particles smaller than 2 mm are assigned. This procedure is based on the knowledge that the fine fraction is the largest part of the original contains pollutants contained in the slag. The fine fraction will a special treatment, while the coarse fraction z. B. as a building material suitable is.
  • the volatilization reactions (Reaction of the solid metal oxides with the added carbon to gaseous metals and carbon monoxide) run in the solid layer of the rotary kiln, which is constantly circulated. In the above The volatilization products become gas spaces with an oxidizing atmosphere then reoxidized. These gaseous phase oxidation products are very finely divided so that it is carried away by the flue gas and transported out of the oven and finally separated after the flue gases have cooled down. The low-metal slag is discharged from the furnace, cooled and then opened Dumped.
  • the invention tries the above. Disadvantages with the known preparation of To avoid garbage slag. It is based on the task of being effective and inexpensive Process for the treatment of slag and / or ash from the provide thermal treatment of garbage, which with a robust and simple technology can be realized and with no additional classification and Crushing stages create an inert slag depleted of pollutants.
  • this is the case with a method according to the preamble of the patent claim 1 achieved in that the waste in a first process step is pyrolyzed, gasified or partially incinerated, with slag containing heavy metals and / or ash with a comparatively high carbon content is said slag and / or ash in a second process step in a rotary kiln to a temperature below the melting temperature of the Slag and / or ash is heated up that the slag and / or ash before their discharge from the rotary kiln remains in the rotary kiln for a sufficiently long time, so that the heavy metals contained in it by reduction on the own slag Carbon is converted into its metallic form and the volatile Heavy metals such as zinc, lead, arsenic and cadmium are converted into the gas phase and are discharged from the rotary kiln with the flue gas, and that a heavy metal-depleted slag is discharged from the rotary kiln becomes.
  • the advantages of the invention are that the slag in one of pollutants depleted state arises.
  • the heavy metal contents are clear below the legally prescribed maximum values for inert material landfills of the Swiss Waste Technical Ordinance (TVA) dated 10.12.1990.
  • Highly harmful Hydrocarbon compounds, such as. B. dioxins are below the detection limit. Therefore, the slag prepared in this way can be easily Ferrous and non-ferrous metal separation, for example as a building material in the Road construction used or otherwise used. An expensive one Landfill is unnecessary.
  • the preparation means in a rotary kiln the advantageous use of robust technology. Time consuming classification and Crushing stages for processing the slag are not necessary.
  • the slag introduced into the rotary kiln and / or ash contains at least 10% carbon, because then one is sufficient large amount of reducing agent for the reduction and volatilization of heavy metals is available.
  • the slag is dry from the rotary kiln is carried out and separated into at least two fractions, the first Fraction with a particle size larger than approx. 32 mm in a first sieving stage is separated as a screen overflow, and the screen diarrhea of a second classification stage for the purpose of separating the fine fraction 0 ... 2 mm, whereby at least part of the fine fraction 0 ... 2 mm from the slag processing on the Air inlet side is returned to the rotary kiln and burned there. Thereby the ash burnout in the rotary kiln is increased and the pollutant content the slag reduced even more.
  • Rubbish 1 preferably household waste, is disposed of in a Feeding device, not shown, fed to a waste incinerator 2 and burned there on a grate 3 using the grate firing process.
  • the Incinerator 2 is a boiler 4 and a dedusting system 5 on the gas side, e.g. B. an electrostatic filter.
  • the incinerator is on the slag side 2 is followed by a rotary kiln 6.
  • the waste 1 is burned in the incinerator 2 with the supply of primary air 7, that a slag 8 is produced which has a loss on ignition of at least 10 % having.
  • the loss on ignition is a measure of the unburned portion in the Slag 8 and thus an indirect measure of the carbon content. So this comparatively high loss on ignition and thus high carbon content is achieved, Incomplete combustion must take place in furnace 2. So far she had Incineration using the grate combustion process is always the goal, if possible the waste 1 to burn completely, i.e. a slag with the lowest possible loss on ignition and thus to generate low carbon content.
  • the heavy metal and carbonaceous slag 8 from the incinerator 2 falls directly from the grate 3 into the rotary kiln 6 without intermediate cooling Discharged dry without water humidification.
  • the slag 8 has after Rust a temperature of approx. 400 ° C.
  • Rust a temperature of approx. 400 ° C.
  • it is together with the filter dust 10 from the dedusting system 5 by means of an oil burner 16 heated to a temperature of 900 ° C. This temperature is below the Melting temperature of the slag / ash 8, 10, but above the volatilization temperature the heavy metals contained therein.
  • the rotary kiln 6 is so large that the Residence time of slag / ash 8, 10 in rotary kiln 6 after heating approx. Is 1.5 hours. For this reason, the rotary tube has a length of 8 m and an inner diameter of 2.5 m.
  • the volatilization reactions (reaction of the heavy metal oxides with that in the Slag containing carbon to gaseous metals and carbon monoxide) run in the solid layer of the rotary kiln 6, which circulates continuously becomes. In the gas space above with an oxidizing atmosphere, the Volatilization products then reoxidized. These reaction products from the gaseous phase are very fine, so that they are entrained by the flue gas 9 become.
  • the flue gas 9 is then cooled in a steam boiler 13 and filtered in a dust filter 14. This filter dust enriched with heavy metals can then be further treated with the aim of being in them recover heavy metals contained.
  • the heavy metal depleted Slag 15 is discharged from the rotary kiln 6, cooled and can after scrapping and non-ferrous metal separation using a magnetic separator or non-metal separator (not shown in Fig. 1) easily used (e.g. as Building materials in road construction) or on a heap.
  • a magnetic separator or non-metal separator not shown in Fig. 1
  • the following table shows for the exemplary embodiment the contents of heavy metals and dioxin for the starting materials and the end product of the rotary kiln 6 compared to the maximum values for inert landfill quality according to TVA: Fly ash Slag from rust Slag after rotary kiln TVA, inert landfill quality Loss on ignition % 5 > 10.0 ⁇ 1 Pb ppm 9000 2500.0 400 500 Zn ppm 16000 4000.0 500 1000 CD ppm 2400 13.0 nn 10th Dioxin concentration ng TE / kg 1600 11.5 nn
  • Fig. 2 shows a diagram to clarify what has just been said on the one hand the zinc or lead concentrations in the slag depending on their residence time in the rotary kiln and on the other hand the bed temperatures depending represents from that time.
  • the course of the curves shows that the slag 8 should stay at least one hour in the rotary kiln 6, because only then a sufficiently large depletion of heavy metals takes place.
  • the slag prepared in this way can be used, for example, as a building material in road construction used or otherwise used. An expensive landfill is unnecessary yourself.
  • processing in a rotary kiln is the most advantageous Use of robust technology. Time-consuming classification and shredding stages for the treatment of the slag are not necessary.
  • filter dust 10 can be applied by using only the carbonaceous slag 8 the grate combustion is fed to the rotary kiln 6.
  • waste incineration and slag processing take place in one and the same unit.
  • Untreated domestic waste 1 with a calorific value of approximately 10,000 kJ / kg is introduced into a rotary kiln 6 with a length of 12 m and an inner diameter of 4 m.
  • the amount of waste is 10,000 kg / h.
  • the garbage 1 is now partially burned by the addition of air, the combustion air 7 having been preheated to a temperature of approximately 400 ° C.
  • the amount of combustion air 7 is such that, on the one hand, a temperature of 1000 ° C.
  • the amount of combustion air is 7 12,000 Nm 3 / h.
  • the residence time of the waste 1 in the rotary kiln 6 is approximately 2 hours. This time is sufficient on the one hand to burn garbage 1 (incomplete) and on the other hand to deplete the resulting slag / ash from heavy metals by volatilizing them.
  • the slag 15 is then discharged from the rotary kiln 6, cooled and, as already described in the first exemplary embodiment, can continue to be used after separation of iron and non-ferrous metal.
  • the flue gas 9 from the rotary kiln 6 is then completely burned out by adding secondary air 11 in the afterburning chamber 12, cooled in the boiler 4 (flue gas amount at the end of the boiler approx. 53 600 Nm 3 / h) and cleaned in a flue gas cleaning system 5.
  • the slag 15 dry from the rotary kiln 6th is carried out and separated into at least two fractions, the first Fraction with a particle size of approx. 32 mm in a first sieving stage is separated as a screen overflow, and the screen diarrhea of a second classification stage for the purpose of separating the fine fraction 0 ... 2 mm, and at least part of the fine fraction 0 ... 2 mm from the slag processing on the Air inlet side is returned to the rotary kiln 6 and burned there. Thereby the ash burnout in the rotary kiln 6 is increased and the pollutant content the slag further reduced.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Aufbereitung von Schlacke und/oder Asche aus der thermischen Behandlung von Müll wird der Müll (1) in einem ersten Verfahrensschritt pyrolisiert, vergast oder teilverbrannt, wobei schwermetallhaltige Schlacke und/oder Asche (8) mit einem vergleichsweise hohen Gehalt an Kohlenstoff entsteht. Besagte Schlacke und/oder Asche (8) wird dann in einem zweiten Verfahrensschritt in einem Drehrohrofen (6) auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Schlacke und/oder Asche (8) aufgeheizt, wobei die Schlacke und/oder Asche (8) vor ihrem Austrag aus dem Drehrohrofen (6) ausreichend lange im Drehrohrofen (6) verweilt, so dass die in ihr enthaltenen Schwermetalle durch Reduktion an dem schlackeeigenem Kohlenstoff in ihre metallische Form überführt und die leichtflüchtigen Schwermetalle in die Gasphase überführt und mit dem Rauchgas (9) aus dem Drehrohrofen (6) ausgetragen werden, und schliesslich eine schwermetallabgereicherte Schlacke (15) aus dem Drehrohrofen (6) ausgetragen wird. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Abfallbehandlung. Sie betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Schlacke und/oder Asche aus der thermischen Behandlung von Müll.
Stand der Technik
Zur thermischen Behandlung von Abfall/Müll sind neben der klassischen Abfallverbrennnung auch viele Verfahren bekannt, bei denen der Müll entgast und/oder vergast wird bzw. Kombinationen dieser bekannten Verfahren angewendet werden. Die dabei entstehenden festen Reaktionsprodukte können in unterschiedlicher Weise, z. B. thermisch, weiterbehandelt werden, wobei die nicht mehr verwertbaren Produkte anschliessend deponiert werden. Aus Umwelt- und Kostengründen ist man bestrebt, diese unvermeidbaren Reststoffmengen so klein wie möglich zu halten und die Schlacken bzw. Aschen so aufzubereiten, dass sie als Wert- oder Inertstoffe weiter Verwendung finden.
Aus WO 93/17280 ist beispielsweise ein Verfahren zum Einschmelzen von Verbrennungsrückständen in Schlacke bekannt, bei dem der Abfall zunächst in einer Niedertemperatureinheit verschwelt wird, und anschliessend unter Mitverwendung von Schwelstoffen und -gasen in einer Hochtemperatureinheit bei ca. 1200-1400 °C eine vollständige Verbrennung mit Schlackenverflüssigung durchgeführt wird. Das Endprodukt ist eine völlig ausgebrannte, verflüssigte Schlacke, die in beliebiger Form erstarrt gelassen werden kann. Diese Schlacke hat einerseits einen geringen Glühverlust, d. h. geringen Anteil an unverbrannten Bestandteilen, andererseits liegen hochschädliche Kohlenwasserstoffverbindungen, wie Dioxine und Furane unterhalb der Nachweisgrenzen, und Schwermetallverbindungen sollen praktisch unlöslich in der Schlacke eingebunden sein. Diesen Vorteilen stehen folgende Nachteile gegenüber:
  • 1. Zur Verbrennung von Hausmüll wird heute üblicherweise das Rostfeuerungsverfahren eingesetzt. Dabei wird der Müll mechanisch über eine horizontale oder geneigte Ebene bewegt und gleichzeitig mit Verbrennungsluft, die von unten durch den Rost ins Müllbett eintritt, durchströmt. Der unbrennbare Anteil des Abfalls wird als Rostasche bzw. Schlacke aus der Verbrennungsanlage ausgetragen. Eine Verschwelung des Mülls und eine anschliessende Schlackenverflüssigung wie beim o. b. Verfahren ist in diesen vielfach bestehenden Anlagen nicht möglich.
  • 2. Zum Einschmelzen der Schlacke im Drehrohrofen sind sehr hohe Temperaturen notwendig, so dass hochwertiges und teures Ausmauerungsmaterial eingesetzt werden muss.
  • 3. Beim Einschmelzverfahren gelangen die umweltschädlichen Schwermetalle trotzdem unkontrolliert in die Umwelt und können nicht zurückgewonnen werden.
  • 4. Nachteilig ist ausserdem der hohe Energieaufwand, der zur Verflüssigung aufgebracht werden muss.
    • Aus EP 0 372 039 B1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung der Schlacke von Abfallverbrennungsanlagen bekannt, bei dem die Schlacke trocken aus dem Verbrennungsofen ausgetragen wird, einer Grobreinigung (Entfernen unverbrannten Grobgutes und magnetischer Teile) unterzogen wird, und anschliessend die grob gereinigte Schlacke in mindestens zwei Fraktionen getrennt wird und einer davon alle Partikel, die kleiner als 2 mm sind, zugewiesen werden. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Feinfraktion den grössten Teil der ursprünglich in der Schlacke enthaltenen Schadstoffe enthält. Die Feinfraktion wird einer Sonderbehandlung zugeführt, während die Grobfraktion z. B. als Baustoff geeignet ist.
    Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist in EP 0 722 777 A1 offenbart. Dort wird ein Verfahren zur Aufbereitung von Schlacke aus Müllverbrennungsanlagen beansprucht, bei welchem die Rohschlacke nach Passieren des Feuerungsrostes direkt und ohne vorheriges Abschrecken in einem Wasserbad in mindestens zwei Fraktionen getrennt wird, und diese beiden Fraktionen getrennt weiterbehandelt werden, wobei die Grobfraktion einem Nassentschlacker zugeführt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fraktion mit einer Partikelgrösse kleiner 80 mm, vorzugsweise kleiner etwa 32 mm, in einer ersten Siebstufe abgetrennt wird, dass der Siebüberlauf der Nassentschlackung zugeführt wird, dass der Siebdurchfall und gegebenenfalls der Rostdurchfall des Feuerungsrostes einer zweiten Siebstufe zugeführt wird zwecks Abtrennung des Feinanteils 0...2 mm, dass der Siebüberlauf der zweiten Stufe gegebenenfalls nach Aussortieren von metallischen und Inertstoffen mechanisch zerkleinert wird, und der Siebdurchfall der zweiten Stufe einer Sonderbehandlung , z. B. einem Schmelzofen, zugeführt wird. Bei diesem beispielsweise in einem Lichtbogenofen durchgeführten Schmelzprozess werden ein glasartiges, gut zu deponierendes Produkt und ein Metallkonzentrat erzeugt (s. F.-G. Simon und K.-H. Andersson: InRec-Verfahren - Verwertung von Reststoffen aus der thermischen Abfallbehandlung, ABB Technik 9/1995, S. 15-20). Dieses Aufbereitungsverfahren wurde in der Praxis bisher für die Schlacke aus Rostverbrennungsöfen eingesetzt und hat sich dort bewährt. Nachteilig sind einerseits die hohen Kosten, die sich aus der Verwendung des Lichtbogenofens ergeben, andererseits die vielen Klassier- und Zerkleinerungsstufen für die Schlacke bzw. Asche.
    Aus der Hüttenindustrie sind verschiedene Verflüchtigungsverfahren zur Metallgewinnung bekannt, beispielsweise das Wälzverfahren. Dieses mit reduzierenden Bedingungen arbeitende Verfahren hat das Ziel, Schwermetalle wie Blei, Zink und Cadmium in Form von hochangereicherten Flugstäuben zu gewinnen (s. Ullmann: Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, S. 429). Als Ausgangsmaterial dienen beim Wälzverfahren arme, oxidische, schlecht aufbereitbare Zink-Bleierze, Zink-Blei-haltige Flugstäube und Hüttenabfallprodukte. Diese metallhaltigen Ausgangsstoffe werden mit einem Reduktionsmittel, z. B. Koks oder Anthrazit, vermischt und einem Drehrohrofen zugeführt. Sie durchwandern den Ofen und heizen sich dabei auf, bis bei etwa 1000 °C die Verflüchtigung beginnt. Die Verflüchtigungsreaktionen (Reaktion der festen Metalloxide mit dem beigemischten Kohlenstoff zu gasförmigen Metallen und Kohlenmonoxid) laufen in der Feststoffschicht des Drehrohrofens ab, welche ständig umgewälzt wird. Im darüberliegenden Gasraum mit oxidierender Atmosphäre werden die Verflüchtigungsprodukte dann rückoxidiert. Diese Oxidationsprodukte aus der gasförmigen Phase sind sehr feinteilig, so dass sie vom Rauchgas mitgerissen, aus dem Ofen heraustransportiert und schliesslich nach Abkühlung der Rauchgase abgeschieden werden. Die metallarme Schlacke wird aus dem Ofen ausgetragen, abgekühlt und dann auf Halde gegeben.
    Darstellung der Erfindung
    Die Erfindung versucht, die o. g. Nachteile bei der bekannten Aufbereitung von Müllschlacke zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein effektives und kostengünstiges Verfahren zur Aufbereitung von Schlacke und/oder Asche aus der thermischen Behandlung von Müll bereitzustellen, welches mit einer robusten und einfachen Technik zu realisieren ist und mit dem ohne zusätzliche Klassier- und Zerkleinerungsstufen eine von Schadstoffen abgereicherte inerte Schlacke entsteht.
    Erfindungsgemäss wird das bei einem Verfahren gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch erreicht, dass der Müll in einem ersten Verfahrensschritt pyrolisiert, vergast oder teilverbrannt wird, wobei schwermetallhaltige Schlacke und/oder Asche mit einem vergleichsweise hohen Gehalt an Kohlenstoff erzeugt wird, dass besagte Schlacke und/oder Asche in einem zweiten Verfahrensschritt in einem Drehrohrofen auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Schlacke und/oder Asche aufgeheizt wird, dass die Schlacke und/oder Asche vor ihrem Austrag aus dem Drehrohrofen ausreichend lange im Drehrohrofen verweilt, so dass die in ihr enthaltenen Schwermetalle durch Reduktion an dem schlackeeigenem Kohlenstoff in ihre metallische Form überführt und die leichtflüchtigen Schwermetalle, wie Zink, Blei, Arsen und Cadmium, in die Gasphase überführt und mit dem Rauchgas aus dem Drehrohrofen ausgetragen werden, und dass eine schwermetallabgereicherte Schlacke aus dem Drehrohrofen ausgetragen wird.
    Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Schlacke in einem von Schadstoffen abgereicherten Zustand anfällt. Die Schwermetallgehalte liegen deutlich unter den gesetzlich vorgegebenen Höchstwerten für Inertstoffdeponien der Schweizerischen Technischen Verordnung Abfall (TVA) vom 10.12.1990. Hochschädliche Kohlenwasserstoffverbindungen, wie z. B. Dioxine, liegen unterhalb der Nachweisgrenze. Daher kann die so aufbereitete Schlacke nach einer einfachen Eisen- und Nichteisenmetallabscheidung beispielsweise als Baumaterial im Strassenbau eingesetzt oder anderweitig verwendet werden. Eine kostspielige Deponie erübrigt sich. Ausserdem bedeutet die Aufbereitung in einem Drehrohrofen die vorteilhafte Nutzung einer robusten Technik. Zeitaufwendige Klassier- und Zerkleinerungsstufen zur Aufbereitung der Schlacke sind nicht notwendig.
    Es ist vorteilhaft, wenn der bei der Pyrolyse, Vergasung oder Teilverbrennung entstehende und in einer Entstaubungsanlage abgeschiedene Filterstaub der Schlacke und/oder Asche beigegeben und diese zusammen im Drehrohrofen aufgeheizt und von Schwermetallen abgereichert werden. Damit kann auch der Flugstaub aus dem Staubabscheider auf einfache Weise von Schwermetallverunreinigungen befreit werden.
    Weiterhin ist es zweckmässig, wenn sowohl die Vergasung oder Teilverbrennung des Mülls und als auch die Verflüchtigung der Schwermetalle aus der bei der Verbrennung entstehenden Schlacke/Asche in einem einzigen Aggregat, d.h. im Drehrohrofen, erfolgt, wobei die Menge an Verbrennungsluft so bemessen wird, dass am Ende des Drehrohrofens praktisch kein Sauerstoff mehr nachgewiesen werden kann. Dadurch können Kosten gespart werden. Allerdings darf dann nur noch ein Teil des Filterstaubes in den Drehrohrofen zurückgeführt werden, da sich sonst die flüchtigen Schwermetalle im Rauchgas aufkonzentrieren.
    Es ist von Vorteil, wenn die Verweilzeit der Schlacke und/oder Asche im Drehrohrofen mehr als eine Stunde beträgt, weil dann für die Verflüchtigungsreaktionen genügend Zeit zur Verfügung steht.
    Ausserdem ist es von Vorteil, wenn die Rauchgase aus dem Drehrohrofen abgekühlt und in einem Filter entstaubt werden, und so die Luftverschmutzung gering gehalten wird.
    Es ist zweckmässig, wenn die Schlacke und/oder Asche trocken ohne Wasserbefeuchtung aus dem Pyrolyse-, Vergasungs- oder Verbrennungsofen ausgetragen wird und vor ihrer Beschickung in den Drehrohrofen Eisen- und Nichteisenmetalle abgetrennt werden. Ausserdem ist es vorteilhaft, wenn der aus dem Drehrohrofen ausgetragenen Schlacke mittels Magnetscheider und NE-Metallscheider die restlichen metallischen Bestandteile entfernt werden.
    Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die in den Drehrohrofen eingebrachte Schlacke und/oder Asche mindestens 10 % Kohlenstoff enthält, weil dann eine genügend grosse Reduktionsmittelmenge für die Reduktion und Verflüchtigung der Schwermetalle zur Verfügung steht.
    Schliesslich ist es von Vorteil, wenn die Schlacke trocken aus dem Drehrohrofen ausgetragen und in mindestens zwei Fraktionen getrennt wird, wobei die erste Fraktion mit einer Partikelgrösse von grösser als ca. 32 mm in einer ersten Siebstufe als Siebüberlauf abgetrennt wird, und der Siebdurchfall einer zweiten Klassierstufe zwecks Abtrennung des Feinanteil 0...2 mm zugeführt wird, wobei mindestens ein Teil des Feinanteiles 0...2 mm aus der Schlackenaufbereitung auf der Lufteintrittsseite in den Drehrohrofen zurückgeführt und dort verbrannt wird. Dadurch wird der Ascheausbrand im Drehrohrofen erhöht und der Schadstoffgehalt der Schlacke noch mehr reduziert.
    Kurze Beschreibung der Zeichnung
    In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
    Es zeigen:
    Fig. 1
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens in einem ersten Ausführungsbeispiel, bei welchem der Müll auf einem Verbrennungsrost teilverbrannt wird und anschliessend die Schlacke und Asche aus der Müllverbrennung einem Drehrohrofen zugeführt und dort aufbereitet werden;
    Fig. 2
    ein Diagramm, welches einerseits die Zink- bzw. Blei-Konzentrationen in der Schlacke in Abhängigkeit von ihrer Verweilzeit im Drehrohrofen und andererseits die Bett-Temperaturen in Abhängigkeit von der Zeit darstellt;
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens in einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Verbrennung des Mülls und die Aufbereitung der Schlacke in ein und demselben Drehrohrofen erfolgt.
    Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die Beschickungseinrichtung des Ofens und Eisen- bzw. Nichteisenmetallabscheider. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen bezeichnet.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
    Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
    Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens in einem ersten Ausführungsbeispiel. Müll 1, vorzugsweise Hausmüll, wird über eine nicht dargestellte Beschickungseinrichtung einem Müllverbrennungsofen 2 zugeführt und dort auf einem Rost 3 mittels Rostfeuerungsverfahren verbrannt. Dem Verbrennungsofen 2 sind gasseitig ein Kessel 4 und eine Entstaubungsanlage 5, z. B. ein Elektrofilter, nachgeschaltet. Schlackenseitig ist dem Verbrennungsofen 2 ein Drehrohrofen 6 nachgeschaltet.
    Der Müll 1 wird im Verbrennungsofen 2 unter Zufuhr von Primärluft 7 derart verbrannt, dass eine Schlacke 8 anfällt, welche einen Glühverlust von mindestens 10 % aufweist. Der Glühverlust ist ein Mass für den unverbrannten Anteil in der Schlacke 8 und damit ein indirektes Mass für den Kohlenstoffgehalt. Damit dieser vergleichsweise hohe Glühverlust und damit hohe Kohlenstoffgehalt erreicht wird, muss im Ofen 2 eine unvollständige Verbrennung stattfinden. Bisher hatte die Verbrennung mittels Rostfeuerungsverfahren stets das Ziel, möglichst den Müll 1 vollständig zu verbrennen, d.h. eine Schlacke mit möglichst geringem Glühverlust und damit geringem Kohlenstoffgehalt zu erzeugen. Neben der Schlacke 8 entstehen bei der Verbrennung des Mülls 1 auch mit Flugstäuben beladene Rauchgase 9, welche über den Kessel 4 in die Entstaubungsanlage 5 gelangen. Dort werden die Flugstäube vom Rauchgas 9 abgetrennt und als Filterstaub 10 (= Flugasche) ausgetragen.
    Die schwermetall- und kohlenstoffhaltige Schlacke 8 aus dem Verbrennungsofen 2 fällt ohne Zwischenabkühlung direkt vom Rost 3 in den Drehrohrofen 6. Sie wird trocken ohne Wasserbefeuchtung ausgetragen. Die Schlacke 8 hat nach dem Rost eine Temperatur von ca. 400 °C. Im Drehrohrofen wird sie zusammen mit dem Filterstaub 10 aus der Entstaubungsanlage 5 mittels eines Ölbrenners 16 auf eine Temperatur von 900 °C aufgeheizt. Diese Temperatur liegt unterhalb der Schmelztemperatur der Schlacke/Asche 8, 10, aber oberhalb der Verflüchtigungstemperatur der darin enthaltenen Schwermetalle. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden eine Schlackenmenge von 2500 kg/h und eine Flugaschemenge von 200 kg/h verwendet. Der Drehrohrofen 6 ist so gross bemessen, dass die Verweilzeit der Schlacke/Asche 8, 10 im Drehrohrofen 6 nach der Aufheizung ca. 1,5 Stunden beträgt. Aus diesem Grund hat das Drehrohr eine Länge von 8 m und einen Innendurchmesser von 2,5 m.
    Die Verflüchtigungsreaktionen (Reaktion der Schwermetalloxide mit dem in der Schlacke enthaltenen Kohlenstoff zu gasförmigen Metallen und Kohlenmonoxid) laufen in der Feststoffschicht des Drehrohrofens 6 ab, welche ständig umgewälzt wird. Im darüberliegenden Gasraum mit oxidierender Atmosphäre werden die Verflüchtigungsprodukte dann rückoxidiert. Diese Reaktionsprodukte aus der gasförmigen Phase sind sehr feinteilig, so dass sie vom Rauchgas 9 mitgerissen werden. Das Rauchgas 9 wird anschliessend in einem Dampfkessel 13 gekühlt und in einem Staubfilter 14 filtriert. Diese an Schwermetallen angereicherten Filterstäube können anschliessend weiterbehandelt werden mit dem Ziel, die in ihnen enthaltenen Schwermetalle zurückzugewinnen. Die schwermetallabgereicherte Schlacke 15 wird aus dem Drehrohrofen 6 ausgetragen, abgekühlt und kann nach Entschrottung und NE-Metallabtrennung mittels Magnetscheider bzw. Nichtmetallabscheider (nicht in Fig. 1 dargestellt) problemlos weiterverwendet (z. B. als Baumaterial im Strassenbau) oder auf Halde gegeben werden.
    Nachfolgende Tabelle zeigt für das o. b. Ausführungsbeispiel die Gehalte an Schwermetallen und Dioxin für die Ausgangsstoffe und das Endprodukt des Drehrohrofens 6 im Vergleich zu den Höchstwerten für Inertstoffdeponiequalität gemäss TVA:
    Flugasche Schlacke ab Rost Schlacke nach Drehrohr TVA, Inertstoffdeponiequalität
    Glühverlust % 5 > 10,0 < 1
    Pb ppm 9000 2500,0 400 500
    Zn ppm 16000 4000,0 500 1000
    Cd ppm 2400 13,0 n. n. 10
    Dioxinkonzentration ng TE/kg 1600 11,5 n. n.
    Wie der Tabelle zu entnehmen ist, liegen die Schwermetallgehalte deutlich unter den gesetzlich vorgegebenen Höchstwerten für Inertstoffdeponien der Schweizerischen Technischen Verordnung Abfall, TVA. Die hochschädlichen Kohlenwasserstoffverbindungen, wie z. B. Dioxine liegen sogar unterhalb der Nachweisgrenze.
    Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung des eben Gesagten noch ein Diagramm, welches einerseits die Zink- bzw. Blei-Konzentrationen in der Schlacke in Abhängigkeit von ihrer Verweilzeit im Drehrohrofen und andererseits die Bett-Temperaturen in Abhängigkeit von dieser Zeit darstellt. Der Verlauf der Kurven zeigt, dass die Schlacke 8 mindestens eine Stunde im Drehrohrofen 6 verweilen sollte, weil erst dann eine genügend grosse Schwermetallabreicherung stattfindet.
    Die so aufbereitete Schlacke kann beispielsweise als Baumaterial im Strassenbau eingesetzt oder anderweitig verwendet werden. Eine kostspielige Deponie erübrigt sich. Ausserdem bedeutet die Aufbereitung in einem Drehrohrofen die vorteilhafte Nutzung einer robusten Technik. Zeitaufwendige Klassier- und Zerkleinerungsstufen zur Aufbereitung der Schlacke sind nicht notwendig.
    Selbstverständlich kann das Verfahren auch ohne Zusatz von Filterstaub 10 erfolgreich angewendet werden, indem nur die kohlenstoffhaltige Schlacke 8 aus der Rostverbrennung dem Drehrohrofen 6 zugeführt wird.
    In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier findet die Müllverbrennung und die Schlackenaufbereitung in ein und demselben Aggregat statt. Unbehandelter Hausmüll 1 mit einem Heizwert von ca. 10 000 kJ/kg wird in einen Drehrohrofen 6 mit einer Länge von 12 m und einem Drehrohrinnendurchmesser von 4 m eingebracht. Die Müllmenge beträgt 10 000 kg/h. Der Müll 1 wird nun durch Luftzugabe teilverbrannt, wobei die Verbrennungsluft 7 auf eine Temperatur von ca. 400 °C vorerhitzt worden ist. Die Menge an Verbrennungsluft 7 wird so bemessen, dass einerseits im Ofen 6 eine Temperatur von 1000 °C nirgends überschritten wird, so dass die entstehende Asche nicht geschmolzen wird und dass andererseits am Ende des Drehrohrofens 6 im Rauchgas 9 praktisch kein Sauerstoff nachgewiesen werden kann. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Menge an Verbrennungsluft 7 12 000 Nm3/h. Die Verweilzeit des Mülls 1 im Drehrohrofen 6 beträgt ca. 2 Stunden. Diese Zeit reicht aus, um einerseits den Müll 1 (unvollständig) zu verbrennen und andererseits die dabei entstehende Schlacke/Asche von Schwermetallen abzureichern, indem diese verflüchtigt werden. Die Schlacke 15 wird danach aus dem Drehrohrofen 6 ausgetragen, abgekühlt und kann, wie im ersten Ausführungsbeispiel bereits beschrieben, nach einer Eisen- und Nichteisenmetallabtrennung weiter verwendet werden. Folgende Schwermetallgehalte bzw. Dioxinkonzentration sind nach der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens noch in der Schlacke 15 vorhanden:
    Schlacke nach Drehrohr
    Glühverlust % < 1
    Pb ppm 300
    Zn ppm 400
    Cd ppm n. n.
    Dioxinkonzentration ng TE/kg n. n.
    Das Rauchgas 9 aus dem Drehrohrofen 6 wird anschliessend durch Zugabe von Sekundärluft 11 in der Nachbrennkammer 12 noch vollständig ausgebrannt, im Kessel 4 abgekühlt (Rauchgasmenge am Kesselende ca. 53 600 Nm3/h) und in einer Rauchgasreinigungsanlage 5 gereinigt.
    Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann z. B. Hausmüll oder Stadtmüll 1 anstelle einer Teilverbrennung im ersten Verfahrensschritt auch einer Pyrolyse oder Vergasung unterzogen werden. Wichtig ist lediglich, dass in der Schlacke/Asche 8 mindestens 10 % Kohlenstoff enthalten sind, damit im zweiten Verfahrensschritt die Bedingungen für eine erfolgreiche Reduktion und Verflüchtigung der Schwermetalle im Drehrohrofen 6 gegeben sind. Ausserdem ist es vorteilhaft, wenn von der Schlacke/Asche 8 vor ihrer Beschickung in den Drehrohrofen 6 Eisen- und Nichteisenmetalle abgetrennt werden, die anderweitig verwertet werden können. Schliesslich ist es auch zweckmässig, wenn die Schlacke 15 trocken aus dem Drehrohrofen 6 ausgetragen und in mindestens zwei Fraktionen getrennt wird, wobei die erste Fraktion mit einer Partikelgrösse von grösser ca. 32 mm in einer ersten Siebstufe als Siebüberlauf abgetrennt wird, und der Siebdurchfall einer zweiten Klassierstufe zwecks Abtrennung des Feinanteil 0...2 mm zugeführt wird, und wobei mindestens ein Teil des Feinanteiles 0...2 mm aus der Schlackenaufbereitung auf der Lufteintrittsseite in den Drehrohrofen 6 zurückgeführt und dort verbrannt wird. Dadurch wird der Ascheausbrand im Drehrohrofen 6 erhöht und der Schadstoffgehalt der Schlacke weiter reduziert.
    Bezugszeichenliste
    1
    Müll
    2
    Müllverbrennungsofen
    3
    Rost
    4
    Kessel
    5
    Entstaubungsanlage
    6
    Drehrohrofen
    7
    Verbrennungsluft/Primärluft
    8
    Schlacke
    9
    Rauchgas
    10
    Filterstaub
    11
    Sekundärluft
    12
    Nachbrennkammer
    13
    Kessel
    14
    Staubfilter
    15
    Schlacke nach dem Drehrohrofen
    16
    Ölbrenner

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Aufbereitung von Schlacke und/oder Asche aus der thermischen Behandlung von Müll, dadurch gekennzeichnet, dass der Müll (1) in einem ersten Verfahrensschritt pyrolisiert, vergast oder teilverbrannt wird, wobei schwermetallhaltige Schlacke und/oder Asche (8) mit einem vergleichsweise hohen Gehalt an Kohlenstoff entsteht, dass besagte Schlacke und/oder Asche (8) in einem zweiten Verfahrensschritt in einem Drehrohrofen (6) auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Schlacke und/oder Asche (8) aufgeheizt wird, dass die Schlacke und/oder Asche (8) vor ihrem Austrag aus dem Drehrohrofen (6) ausreichend lange im Drehrohrofen (6) verweilt, so dass die in ihr enthaltenen Schwermetalle durch Reduktion an dem schlackeeigenem Kohlenstoff in ihre metallische Form überführt und die leichtflüchtigen Schwermetalle in die Gasphase überführt und mit dem Rauchgas (9) aus dem Drehrohrofen (6) ausgetragen werden, und dass eine schwermetallabgereicherte Schlacke (15) aus dem Drehrohrofen (6) ausgetragen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Vergasung oder Teilverbrennung des Mülls (1) und als auch die Reduktion und Verflüchtigung der Schwermetalle aus der bei der Verbrennung entstehenden Schlacke/Asche (8) in einem einzigen Aggregat, d.h. im Drehrohrofen (6), erfolgt, wobei die Menge an Verbrennungsluft (7) so bemessen wird, dass am Ende des Drehrohrofens (6) praktisch kein Sauerstoff mehr nachgewiesen werden kann.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Pyrolyse, Vergasung oder Teilverbrennung entstehende und in einer Entstaubungsanlage (5) abgeschiedene Filterstaub (10) der Schlacke und/oder Asche (8) beigegeben und diese zusammen im Drehrohrofen (6) aufgeheizt und von Schwermetallen abgereichert werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit der Schlacke und/oder Asche (8) im Drehrohrofen (6) mehr als eine Stunde beträgt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase (9) aus dem Drehrohrofen (6) abgekühlt und in einem Filter (14) entstaubt werden.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke und/oder Asche (8) trocken ohne Wasserbefeuchtung aus dem Pyrolyse- oder Verbrennungsofen (2) ausgetragen wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Drehrohrofen (6) ausgetragenen Schlacke (15) mittels Magnetscheider und NE-Metallscheider die restlichen metallischen Bestandteile entfernt werden.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Drehrohrofen (6) eingebrachte Schlacke und/oder Asche (8) mindestens 10 % Kohlenstoff enthält.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Schlacke und/oder Asche (8) vor ihrer Beschickung in den Drehrohrofen (6) Eisen- und Nichteisenmetalle abgetrennt werden.
    10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke (15) trocken aus dem Drehrohrofen (6) ausgetragen und in mindestens zwei Fraktionen getrennt wird, wobei die erste Fraktion mit einer Partikelgrösse von grösser ca. 32 mm in einer ersten Siebstufe als Siebüberlauf abgetrennt wird, und der Siebdurchfall einer zweiten Klassierstufe zwecks Abtrennung des Feinanteil 0...2 mm zugeführt wird, und wobei mindestens ein Teil des Feinanteiles 0...2 mm aus der Schlackenaufbereitung auf der Lufteintrittsseite in den Drehrohrofen (6) zurückgeführt und dort verbrannt wird.
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