HU201721B - Process for rendering harmless thermally decomposable wastes - Google Patents

Description

Különféle ipari tevékenységek során közvetlenül a tenmelésből vagy a termelés során képződő szennyvizek, illetve szennyező gázok, szennyezett segédanyagok tisztítása következtében gyakran keletkeznek az emberre, valamint az emberi környezetre káros, veszélyes hulladékok, amelyek kiküszöbölésére különféle - több- kevesebb nehézséggel megvalósítható

- módszerek ismeretesek. Az ilyen hulladékok például bizonyos esetekben hasonlíthatók üzemen belül; esetleg a levegőbe vagy természetes vizekbe kibocsáthatók; legtöbbször azonban ártalmatlanítani kell azokat, ami történhet lerakással, égetéssel egyéb módon.

A veszélyes hulladékok köre igen széles, és a fent vázolt ismert kiküszöbölési módszerekkel kapcsolatban számos probléma jelentkezik, amelyek közül a leggyakoribbakat az alábbiakban soroljuk fel:

- az adott hulladék nem hasznosítható, nem értékesíthető;

- regionális hulladéktemetők (méregtemetők) létesítése anyagi és más nehézségek miatt igen körülményes, emelett esetleges természeti katasztrófa esetén (földrengés, földcsuszamlás, árvíz stb.) rendkívül nagy potenciális veszélyforrást jelentenek;

- helyi (ideiglenes) tárolók létesítése részletes és alapos tervezést, magas beruházási költségráfordítást (drága műtárgyak, szigetelések) igényel, emellett az ilyen tárolók általában legfeljebb 2-5 éves tárolási kapacitással rendelkeznek. Az üzemek területén a hulladéktárolók helykijelölése nem egyszerű feladat, figyelembe kell venni pl. a felszíni és felszín alatti vízkészletek védelmét stb. A helyi hulladéktárolók fajlagos beruházási költségei a regionális tárolókénál magasabbak, a feladatot nem oldják meg, csak elodázzák, illetve a probkémáklat halmozzák;

- égetéssel történő megsemmisítésre nem minden veszélyes hulladék alkalmas, csak azok, amelyek nem tartalmaznak olvadékszerű salakot;

- az égetőberendezések kapacitása viszonylag csekély, és növelésének a magas beruházási kölségigény gátat szab;

- az égetőberendezésekben visszamaradó hamu és salak önmagában is veszélyes hulladéknak minősül, amelynek kiküszöbölése újabb gondot jelent, végső elhelyezésüket meg kell oldani.

Bizonyos hulladékokkal kapcsolatban javasolták már azok cementipari klinkerégető forgókemencében történő iszapot például a cement nyersanyagával együtt a nyersmalomba - tehát nem közvetlenül a kemencébe - adagolják.

A 2 439 168. számú francia, valamint a 141 932. számú európai szabadalmi leírásokból is olyan megoldások ismerhetők meg, amelyek szerint különféle hulladékanyagokat - azok megsemmisítése céljából

- a cement-alapanyagokkal együtt juttatnak el a cementégető kemencébe. Ezeknek az eljárásoknak az a hátránya, hogy vagy csak csekély mennyiségű hulladék égethető el, vagy pedig a normákon felüli, nem engedélyezett káros-anyag emisszió jelentkezik, ami természetesen megengedhetetlen.

A „Kohlenwasserstoffgase” c. folyóirat 1/11, 2737/1966. számából gumiabroncsok cementiapri klinkerégető forgókemencében történő elégetésére alkalmas eljárás ismerhető meg.

A gumiabroncsok elégetése a cementipari klinkerégető forgókemencékben rendkívül nagy adagolási 2 pontosságot igényel, mert az emisszióba kerülő káros anyag-tartalom csak ilyen módon tartható megengedhető, illetve tűrhető határértékek között. Más káros hulladékanyagoknak a gumiabronccsal együtt történő elégetése ezért szóba sem kerülhet.

A találmány feladata, hogy olyan eljárást szolgáltasson káros, az emberekre és az emberi környezetre veszélyes hulladékok cementipari klinkerégető forgókemencében történő ártalmatlanítására, amely gyakorlatilag bármely hulladékanyag esetében eredményesen alkalmazható úgy, hogy egyrészt számottevő mennyiségű hulladék ártalmatlanítására nyíljék lehetőség, másrészt az emisszióban levő káros anyagok meghatározott - engedélyezett - határértéket ne haladjanak meg, és amely eljárásnak az adagolás pontosságára nem szabad túlságosan érzékenynek lennie.

A találmány az alábbi felismeréseken alapszik: ismeretes, hogy amennyiben a veszélyes hulladékokat magas hőmérsékleten termikusán bontjuk a cementipari klinkerégető forgókemencében - annak magas hőmérsékletű zónájában - és a cement-nyersanyaggal együtt kezeljük, szilikátkémiai reakció lép fel, aminek eredményeként a káros anyagok döntő része a technológiai folyamat során beépül az áramló porszerű cementipari alapanyagba, és a szilikátkötés eredményeként vízben nem oldódó fémszilikátok keletkeznek. Az ilyen jellegű ismert eljárásoknál azonban igen nagy a káros anyag emisszió, ami arra vezethető vissza, hogy az égetőkemencékben az égetendő anyag és a keletkezett gázok egymással szemben áramlanak, így az első égetési zónában keletkező gázok további égés nélkül a külső légtérbe jutnak.

Felismerésünk szerint a káros anyagok emissziója még viszonylag nagy mennyiségű hulladék elégetése esetén is a minimálisra csökkenthető abban az esetben, ha a bomláskor keletkező gázok a kemencéből való távozásunk előtt áthaladnak még egy égetőtéren. Ez úgy érhető el, ha a megsemmisítendő (ártalmatlanítandó) hulladékokat nem a cementipari alapanyagokhoz keverjük hozzá, hanem két lángzóna (főláng és segédláng) közé tápláljuk be. E művelet eredményeként ugyanis a főláng építi be a klinkerbe a cementnyersanyaggal együtt áramló hulladékot, vagy bontja azt alkotóira, és ezáltal semlegesíti, míg a segédláng - legalábbis nagyrészt - füstgázban kerülő káros hulladék-komponenseket bontja el és semlegesíti, miáltal az emisszióban legfeljebb már csak a környezetszennyezés szempontjából megengedett mennyiségű káros anyag marad.

E felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek során cementipari klinker-égetőberendezésben, különösen forgókemencében a cement-alapanyag égetésével egyidejűleg égetjük el a hulladékokat, és e művelettel az égési maradékokat a cementanyagba beépítjük, és amely eljárásra az jellemző, hogy az égetőberendezés a cement alapanyag tömegének legfeljebb 1,0 t %- át kitevő mennyiségű, legfeljebb 1800 °C-on, vagy ennél alacsonyabb hőmérsékleten bomló hulladékot folyamatosan vágj' szakaszosan adagolunk az égetőberendezés két lángzónája közötti égéstérbe, célszerűen a fő-égője és az egy vagy több segédégője közé, a segéd-égő(k) közelében levő, 900 °C-1100 ’C hőmérsékletű, mintegy 3,0-8,0% oxigént tartalmazó égetőzónába, miközben

HU 201721 Β célszerűen az égetőberendezés gázelvezető csövében

- időközönként vagy folyamatosan mérjük az égetőberendezésből a füstgázzal együtt távozó, a környezetre káros anyagok, különösen a szénmonoxid vagy/és nitrogénoxid mennyiségét, és szükség szerint az ártalmatlanítandó hulladékok betáplálási sebességét vagy/és a lángzónáknál bevezetett tüzelőanyag, például földgáz mennyiségét vagy/és az égetőberendezés huzatviszonyait úgy szabályozzuk, hogy a kibocsátott füstgázban a környezetre káros anyag vagy anyagok, különösen szénmonoxid és nitrogénoxid mennyisége környezetvédelmi szempontból előre meghatározott érték - például szénmonoxid esetében 1500 ppm, nitrogénoxid esetében pedig 600 ppm - alatt legyen. A távozó füstgáznak más paraméterei is (például hőmérséklet, összetétel) mérhetők, illetve meghatározhatók, és e paraméterek függvényében a főégő vagy és segédégők üzeme - a fent elmondottakon túlmenően - példái az égéslevegő-ellátással is szabályozható. A fent leírt szabályozási-vezérlési műveleteket mindig úgy kell végezni (összehangolni), hogy a rendszer hőegyensúlya fennmaradjon.

A találmányt a továbbiakban a csatolt (ld. 1. ábra) rajz alapján ismertetjük részletesebben, amely az eljárás foganatosítására alkalmas berendezést vázlatos függőleges hosszmetszetben tartalmazza.

A berendezések egészében fekvő helyzetű cementipari klinkerégető 1 forgókemencéje van, amelyhez az álló helyzetű, toronyszerű, 60,0 m-t meghaladó magasságú, 2 hőcserélő tartozik. Ennek a felső végében helyezkednek el a 3 adagolócsonkok, amelyek a kiégetendő alapanyag - liszt - betáplálásához vannak előirányozva. A 2 hőcserélő és az 1 forgókemence között a 4 könyöktag teremt kapcsolatot. A 4 könyöktagban helyezkedik el az 5 kalcináló, amelynek égetőterébe előkalcináló 7, 8 égők torkollnak. Az 5 kalcinálóhoz a hulladékbedobó 9 akna csatlakozik, amely a 4 könyöktag alsó részébe - a 4a beömlőházba

- felülről lép be, ott. ahol a könyöktagból az 1 forgókemence kiindul. A 9 aknába egymás felett két (nem ábrázolt) zsilip van beépítve. A hőálló falazattal rendelkező 1 forgókemencének a 2 hőcserélővel ellentétes végében helyezkedik el a 13 főégő. A fent leírt berendezésnek tehát két lángzónája van: egy a 13 főégő, egy pedig a 7, 8 segédégők környezetében; ez utóbbiak szolgáltatják a segédlángot, a 13 főégő pedig a főlángot. A füstgázok elvezetéséhez a 14 cső, a késztermék (klinker) eltávolításához pedig a 15 kiadagoló van előirányozva. A füstgázok kilépési helyének a környezetében azok összetételének megállapítását lehetővé tevő (nem ábrázolt) műszer van elhelyezve. A berendezés részét képezi továbbá a 16 füstgázmintavevő és érzékelő szerkezet is, amely a füstgáz összetételének a függvényében a 7, 8 segédégők, valamint - adott esetben - a 13 főégő üzemelését vezérli, több-kevesebb égéslevegőt és/vagy tüzelőanyagot táplálva a főégőhöz, illetve segédégőkbe.

A fent leírt berendezés segítségével az eljárás foganatosítása a következőképpen történik:

a nyersliszt (alapanyag) égetése önmagában ismert módon megy végbe: az a nyílnak megfelelően beadagolt alapanyag az 5 kalcinálón és a 4a beömlőházon keresztül az 1 forgókemencébe jut, ahol a c nyíl irányában halad a 13 főégő és a 15 kiadagoló felé. (A kiégetett alapanyag az f nyílnak megfelelően távozik a berendezésből.)

A forró füstgázok a d nyíl irányában a kiégetés alatt álló anyaggal ellenáramban haladnak, és a 14 csövön keresztül az e nyílnak megfelelően hagyják el a berendezést. Az 1 forgókemencét és a 2 hőcserélőt egy (nem ábrázolt) nagyteljesítményű (például 100 m³/s-os) füstgázventillátor szívja meg, ez biztosítja az égéshez szükséges levegő jelentős részét.

A mérgező, káros, környezetre veszélyes hulladékokat a korábban említett két lángzóna között, a hulladékbedobó 9 aknán át - előnyösen zárható egységcsomagokba csomagolva, amelyek a felhasználás alkalmával elégnek, és belőlük a környezetet szennyező égéstermék a füstgázba nem kerül - adagoljuk a rendszerbe, közvetlenül a kemence magas hőmérsékletű (900-1500 ’C) zónájába, ahol biztosítva vannak az elégetéshez, hőbomláshoz és a szilikátkémiai reakciók kialakulásához megfelelő körülmények. A kettős zsiliprendszer biztonsággal meggátolja az esetleges kiáramlást a 9 aknán keresztül. A bedobott hulladékot a 2 hőcserélőn az 1 forgókemencén átáramló ún. nyersliszt magával ragadja, és a hulladék - anyagától, halmazállapotától és tömegétől függően, az 1 forgókemencének a bedobás helye közelében levő, vagy elülső tartományában, ahol a hőmérséklet 1000-1100 °C, az oxigén tartalom 3-8 t %, az égés feltételei biztosítva vannak - elég, illetve beépül a klinkerbe. Ez utóbbi megállapítás a hulladékok nem éghető alkotóira, salakjaira vonatkozik, amelyek beépülnek a klinker szerkezetébe, azzal szilikátokat képeznek, és ezáltal elvesztik eredeti káros tulajdonságaikat. Az éghető anyagok (például zsírok, kenőanyagok, olajok, valamint ezekkel szennyezett iszapok, zeolitok, rongy, papír és homokhulladék stb.) hőtartalma a technológiai folyamatban hasznosul, belőlük CO2, H2O gőz, esetleg SO2 és nitrogénoxid égéstermékek keletkeznek. Az égéstermék részben a füstgázokkal együtt távoznak a rendszerből, részben a kemence külső és belső gáz- és poráramlatának körfolyamatába kerülnek. Megjegyezzük, hogy a nem éghető, de hőbomlást szenvedő anyagok a kemence magas hőmérsékletén bomlanak, átalakulnak, és belőlük veszélytelen vagy kevésbé veszélyes anyagok keletkeznek. Ilyen anyagok például a nem éghető szintetikus kenőanyagok, valamint a növényvédőszerek (ezek esetében fokozotabb figyelmet kell fordítani a távozó füstgázban levő megengedett emissziók betartására). A találmány segítségével ártalmatlaníthatok különféle fémek, nehézfémek, ezek oxidjai, vegyületei, illetve ezek veszélyes hulladékai (ólom, cink, króm, vanádium, réz). Ezek a fémek szilikátokat, spinelleket és egyéb vízoldhatatlan stabil vegyűleteket képeznek, a klinker szerkezetébe beépülnek, a klinker anyagában erősen felhígulnak, majd a cementgyártás és a beton előállítása alkalmával tovább csökken a koncentrációjuk.

Külön kiemeljük azokat a találmány szerinti módszerrel ártalmatlanítható anyagokat, amelyek kiküszöbölése egyébként általában nagy problémát jelent, nevezetesen a természetes és mesterséges ásványi anyagokat (például szilikátokat), és azok hulladékait; ilyen például az azbeszthulladék, az öntödei homok, színesfémek, nehézfémek, valamint a hulladékégetők salakja stb. Ezek alkotói a kemence 1500 “C-os 3

HU 201721 Β hőmérsékletén a kalciumoxiddal és a kialakuló klinkerásványokkal reakcióba lépnek.

A hulladék égéséből keletkező füstgáz átáramlik az 5 kalcináló égőterén (lángterén), ahol a hőmérséklet például 1800 ’C körül lehet. Itt kiég a füstgázból a főláng által bekövetkezett hőbontás eredményeként felszabadult káros komponensek nagy része, úgyhogy az emisszió értéke olyan mértékben csökkenthető, hogy a 14 csövön kilépő (e nyíl) füstgázok káros komponenseket (túlnyomórészt nitrogénoxidok, fluorid és klór) a megengedettnél nagyobb mértékben már nem tartalmaznak.

A 7,8 segédégők által szolgáltatott segédlángnak köszönhetően az emisszió csökkenésén kívül az ártalmatlanító anyagok köre bővíthető (például azbeszt is megsemmisíthető a berendezésben), és a bevitt hőmennyiség és a füstgáz összetétele alapján szabályozásra is lehetőség nyílik. A távozó füstgáz öszszetételének ismeretében (ami minden további nélkül mérhető, illetve érzékelhető) szabályozható a segédlánggal bevitt hőmennyiség a tüzelőanyag (általában olaj vagy gáz vagy/és égéslevegő (oxigén) mennyiségének a változtatásával, így abban az esetben is fenntartható a egész rendszer hőegyensúlya, ha a hulladék adagolásával bevitt hőmennyiség - bizonyos határok között - egyenetlen. Más szóval: a rendszer egyensúlya akkor is fenntartható, ha a hulladék-adagolás nem pontos, illetve az adagokkal bevitt hőmennyiség változó. A füstgáz-összetétel ismeretében lehetőség van a főláng szabályozására is. A visszaszabályozás segítségével biztosítható az is, hogy az emisszió minden körülmények között a szükséges (előírt) érték alatt maradjon, például a 7, 8 segédégőkhöz vezetett több égéslevegő - alatt lánghőmérséklet mellett - oxigénfelesleget idéz elő, ami az emissziót csökkenti. A szabályozás természetesen a 7, 8 segédégők tüzelőanyag mennyiségének a változtatásával is eszközölhető. A csökkenés mértéke csak szabályozás kérdése. Amint erre már utaltunk, a füstgáz-összetétel ismeretében lehetőség van a 13 főégőre történő visszaszabályozásra is, miáltal az emisszió még tovább csökkenthető, illetve az egész rendszer szabályozása tovább finomítható, energiaháztartása optimalizálható.

A találmányt a továbbiakban példán keresztül ismertetjük részletesen.

Cementipari klinkerégető kemencében alábbi anyagféleségeket általában egymással keverve, elégetéssel ártalmatlanítunk:

olajokkal és zsírokkal szennyezett textil, papír, polietilén; klórt és nehézfémeket nem tartalmazó gyógyszergyártási hulladékanyagok, vizes kimosással tisztított aktívszén és szűrővászon, gyógyszergyártási selejt, valamint lejárt szavatosságú gyógyszerek, oltóanyagok; növényvédőszeres göngyölegek a vonatkozó előírásoknak megfelelően tisztítva, illetve kimosva, további felhasználásra alkalmatlanná téve, szermentes állapotban; nehézfémeket nem tartalmazó festékkel szennyezett vas- és alumíniumlemezek, fémdobozok (amelyek magas hőmérsékleten oxidálódnak, és mint ilyenek, a klinker szerkezetébe beépülnek, ugyanis a klinker nagy mennyiségben tartalmaz vasés alumínium- szilikátokat).

Ezekbők az anyagokból az elégetés helyére érkezésük sorrendjében egységcsomagokat képezünk, és 4 ezeket juttatjuk a főláng és segédláng közötti égéstérbe.

A föláng és segédláng hőmérséklete egyaránt 2000 ’C. A klinkerégető zóna anyagáramának a hőmérséklete 1450 °C-1500 ’C között van, míg a hulladék beadagolásának a helyén az anyagáram 900 ’C-lOOO ’C hőmérsékletű.

Az adagolót működtető automatikával 15-60 sec-os időintervallumban fokozatmentes adagolást végzünk; a beállítás a füstgáz-összetétel függvénye, amit az ártalmatlanítási művelet során érzékelünk és regisztrálunk.

Az adagolást 0,2-0,5 to/ó mennyiségben végezzük, mégpedig az adagolásra kerülő anyag kémiai, égési tulajdonságainak, térfogattömegének, valamint a füstgáz összetételére gyakorolt hatásának a függvényében (ha a füstgázban a káros anyag emisszió növekedését észleljük, az időegységbem adagolt hulladéktömeget csökkentjük és fordítva: a beadagolt hulladéktömeg növelhető, ha a füstgázban mért káros anyag emisszió csökken).

A forgókemencébe az alapművelethez (cementgyártás) adagolt nyersliszt mennyisége 140,0 to/ó.

A beadagolt hulladék mennyisége a feladott liszt 0,3 t %-át célszerűen nem haladja meg.

A főégőn (főláng) kersztül 7-7500 Nm3/ó, a segédégőn (segédláng) kersztül pedig 500-1200 Nm3/ó mennyiségű földgázt vezetünk a forgókemencébe.

A füstgáz O2 tartalma a hulladék beadagolásának a helyén 6-8 t %. A forgókemence hőmérsékletének a szabályozása - műszerek adatai alapján - központi vezérlő helyről kézi beavatkozással történik, az emisszióban mért szénmonoxid és nitrogénoxid függvényében, ugyanúgy, mint a beadagolt hulladéktömeg mennyiségének a szabályozása. A káros anyag emisszió növekedése esetén a kemence-hőmérsékletet növeljük és fordítva. A hőmérséklet szabályozása a huzat szabályozásával és/vagy a főégőnél és segédégőnél bevezetett földgáz-mennyiség arányának a változtatásával történhet. A füstgázban egyébként a nitrogénoxid mennyiségének 200-600 ppm között szabad lennie, a szénmonoxid mennyisége pedig nem haladhatja meg az 1500 ppm-t. A forgókemence üzemének fent említett szabályozásával ezeket az értékeket tartani tudjuk. Mivel sem a földgáz, sem az ártalmatlanításra kerülő hulladékanyagok ként nem tartalmaznak, az SO2 mérésre nincs szükség.

A beadagolt 0,2-0,5 to/ó mennyiségű hulladék 1-2 t %-a hamu és salak, tehát a 140 to/ó nyerslisztre maximum 5-10 kg/ó hamu-salak mennyiség jut, amely az összetételnél fogva az 1450-1500 ’C égetési hőmérsékleten tökéletesen beépül a klinker szerkezetébe.

A találmányhoz fűződő előnyös hatások a következőkben foglalhatók össze:

a cementipari technológiában a klinker-égetésre feladott hulladékanyagokat jelentősebb járulékos beruházási költség és üzemeltetési enrgiaráfordítás nélkül ártalmatlaníthatók a találmány szerinti megoldással. A hulladékok igen sok fajtája ártalmatlanítható a találmány segítségével, és kiküszöbölésük - szemben a jelenleg ismert hasonló célú megoldások túlnyomó részével - végleges, tehát további problémák nem jelentkeznek, potenciális veszélyforrások nem maradnak. Egyes hullaldékok cementgyártási adalék -41

HU 201721 Β anyagként is funkcionálnak, és a cementvégtermék minőségét előnyösen befolyásolják.

A találmány természetesen nem korlátozódik az eljárás fentiekben részletezett foganatosítási módjára, hanem az igénypont által definiált oltalmi körűn belül sokféle módon megvalósítható.

Claims (1)

1. Eljárás termikusán bontható hulladékok ártalmatlanítására, amely eljárás során cementipari klinker-égetőberendezésben, különösen forgókemencében a cement-alapanyag égetésével egyidejűleg égetjük el a hulladékokat, és e művelettel az égési maradékot a cementanyagba beépítjük, azzal jellemezve, hogy az égetőberendezésbe a cementalapanyag tömegének legfeljebb 1,0 t %-át kitevő mennyiségű, legfeljebb 1800 ’C-on, vagy ennél alacsonyabb hőmérsékleten bomló hulladékot folyamatosan vagy szakaszosan adagolunk az égető-berendezés két lángzónája közötti égéstérbe, célszerűen a főégője (13) és az egy vagy több segédégője (7, 8) közé, a segédégők (7, 8) közelében levő, 900 ’C-llOO ’C hőmérsékletű, mintegy 3,0-8,0 t % oxigént tartalmazó égetőzónába, miközben célszerűen az égetőberendezés gázelvezető csövében (14) időközönként vagy folyamatosan mérjük az égetőberendezésből a füstgázzal együtt távozó, a környezetre káros anyagok, különösen a szénmonoxid vagy/és nitrogénoxid mennyiségét, és - szükség szerint - az ártalmatlanítandó hulladékok betáplálás! sebességét vagy/és a lángzónáknál bevezetett tüzelőanyag, előnyösen földgáz mennyiségét vagy/és az égetőberendezés huzatviszonyait úgy szabályozzuk, hogy a kibocsátott füstgázban kömyzetre káros anyag vagy anyagok, különösen szénmonoxid és nitrogénoxid mennyisége előre meghatározott érték - szénmonoxid esetében 1500 ppm, nitrogénoxid esetében pedig 600 ppm - alatt legyen.