LU88553A1

LU88553A1 - Verfahren zum Verbrennen von Kunststoffabfaellen im Hochofen

Info

Publication number: LU88553A1
Application number: LU88553A
Authority: LU
Inventors: Leon Ulveling
Original assignee: Wurth Paul Sa
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-07-15

Description

VERFAHREN ZUM VERBRENNEN VON KUNSTSTOFFABFÂLLEN IM

HOCHOFEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von

Kunststoffabfâllen im Hochofen. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Einblasen von zerkleinerten Kunststoffabfâllen, mit einer Granulométrie von 0 bis zirka 5 mm, über die Düsenstöcke des Hochofens.

Allein in Deutschland fallen pro Jahr zirka 800.000 Tonnen Kunststoffabfälle an, die weder wiederverwertet werden können, noch in Hausmüllverbrennungsanlagen ohne teure Abgasfilterung entsorgt werden können. Diese Kunststoffe im Hochofen zu verbrennen ist sicherlich eine umwelttechnisch und wirtschaftlich interessante Lösung zur Reduzierung der Abfallberge. Durch die hohen Temperaturen im Hochofen wird ein Freisetzen von toxischen Stoffen (z.B. Dioxine und Furane) verhindert. Zugleich erlaubt ein Kilogramm Kunststoffabfall ein Kilogramm Koks zu ersetzen.

Ein Hochofen wurde inzwischen versuchsweise für das Verbrennen von Kunststoffabfâllen ausgerüstet. Für diese Versuchsanlage wird der Kunststoffabfall in mechanischen Zerkleinerungsmaschinen zerkleinert urn schliesslich eine Granulométrie von 0 bis 5 mm aufzuweisen. Der zerkleinerte Kunststoffabfall wird aus einer Siloanlage über eine pneumatische Transportanlage zum Hochofen befördert, wo er in den Düsenstöcken in den Heisswind eingeblasen wird.

Die Verbrennung von Kunststoffabfâllen im Hochofen ist zwar einerseits eine interessante Lösung nicht wiederverwertbare Kunststoffabfälle umweltgerecht und energietechnisch sinnvoll zu beseitigen, der Hochofenbetrieb darf jedoch anderseits keineswegs abhangig von der Versorgung mit Kunststoffabfâllen werden. In anderen Worten, die Kunststoffabfälle müssen jederzeit durch einen klassischen Brennstoff ersetzt werden können, ohne dass dadurch die Betriebsweise des Hochofens negativ beeinflusst wird. In der vorerwähnten Versuchsanlage sind acht Düsenstöcke des Hochofens zum Einblasen der zerkleinerten Kunststoffabfälle ausgerüstet, die acht restlichen Düsenstöcke sind mit einer klassischen Öleinspritzung versehen. Die acht Düsenstöcke des Hochofens die für das Einblasen des zerkleinerten Kunststoffs ausgerüstet sind, weisen ebenfalls eine Vorrichtung für das Einspritzen von Öl auf, so dass diese Düsenstöcke alternativ mit zerkleinerten Kunststoffabfâllen Oder Öl beschickt werden können.

Der Hochofen der Versuchsanlage ist somit für folgende Betriebsweisen geeignet: 1) Einspritzen von Öl in den ersten acht Düsenstöcken,

Einblasen von Kunststoff in den restlichen acht Düsenstöcken; 2) Einspritzen von Öl in sämtlichen 16 Düsenstöcken.

Diese Betriebsweise der Versuchsanlage ist, wie bei der Ausarbeitung der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, nicht unbedingt optimal.

Kunststoff und Öl haben ungefähr den gleichen Energiewert. In anderen Worten, ein Kilogramm Kunststoff und ein Kilogramm Kohle können jeweils die gleiche Menge Koks (ungefähr ein Kilogramm) im Hochofen ersetzen. In Versuchen hat man jedoch festgestellt, dass das Einblasen von Kunststoff in den Heisswind die Flammentemperatur wesentlich geringer beeinflusst als das Einspritzen von Öl. Das Einspritzen von einem Gramm Öl in ein Normkubikmeter Heisswind senkt die Flammentemperatur urn zirka 3,2°C ab; das Einblasen von einem Gramm Kunststoff in ein Normkubikmeter Heisswind senkt dagegen die Flammentemperatur nur urn zirka 2,4°C ab. Damit die Flammentemperatur bei beiden Brennstoffen gleich ist, müsste also ein Normkubikmeter Heisswind mit ungefähr 33% mehr Kunststoff als Öl beaufschlagt werden. Dies würde jedoch bedingen, dass die zugeführte Energie beim Kunststoffeinblasen ebenfalls urn 33% höher als bei Öleinspritzung ist. Dieser Unterschied würde natürlich die thermische Bilanz des Hochofens beim Umschalten von Kunststoff/ÖI-Betrieb auf 100% Öl-Betrieb, gänzlich verändern, was unweigerlich zu Problemen führen würde. Um diese Problème zu vermeiden hebt man bei der Versuchsanlage die Flammentemperatur bei Öleinspritzung durch die Zufuhr von Sauerstoff künstlich an, so dass der Kunststoffdurchsätz und der Öldurchsatz im Hochofen gleich sein können. Das Einblasen von Sauerstoff zum Anheben der Flammentemperatur verursacht natürlich zusätzliche Kosten.

Ein anderes Problem bei der Versuchsanlage besteht darin, dass die Anlage für das Einblasen von Kunststoff sehr anfällig für Verstopfungen ist. Diese Verstopfungen sind dadurch bedingt, dass die Kunststoffpartikel: 1. sehr schlecht in einem fluidisierten Zustand zu halten sind; 2. die Eigenschaft aufweisen sich in dem pneumatischen Transportsystem zu unauflösbaren Pfropfen zusammenzuballen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das industrielle Einblasen von zerkleinerten Kunststoffabfällen in einen

Hochofen zu schaffen, das es ermöglicht die vorerwâhnten Problème zu beseitigen oder zumindest abzuschwächen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelost, dass der zerkleinerte Kunststoff in Kohlenstaub eingemischt wird und als Kohlenstaub/Kunststoff-Gemisch in den Hochofen eingeblasen wird.

Beim erfindungsgemässen Vefahren kann das Mischverhältnis Kohlenstaub/zerkleinerter Kunststoff derart gewählt werden, dass das Gemisch nur eine unwesentlich höhere Flammentemperatur als Kohlenstaub allein ergibt und nur einen unwesentlich höheren Energiewert als Kohlenstaub allein aufweist. Dadurch kann, z.B. bei unzureichender Versorgung mit Kunststoffabfällen, auf eine hundertprozentige Kohlenstaubfeuerung umgestiegen werden, ohne eine wesentliche Diskontinuität in der Flammentemperatur oder der thermischen Bilanz des Hochofens ausgleichen zu müssen.

Das Gemisch Kohlenstaub/zerkleinerter Kunststoff ist ebenfalls weniger anfällig für Pfropfenbildung als der zerkleinerte Kunststoff allein.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.

- Figur 1 zeigt eine erste Ausführung einer Anlage zum Beimischen von zerkleinertem Kunststoff unter den Kohlenstaub; - Figur 2 zeigt eine Variante der Ausführung nach Figur 1.

Referenzzahl 10 zeigt ein Vorratssilo zur Aufnahme von festen, pneumatisch förderbaren Stoffen, in diesem Fall ein Gemisch Kohlenstaub/zerkleinerter Kunststoff. Dieser Vorratssilo 10 ist derart gebaut, dass sich beim Entleeren ein Massenfluss bildet, d.h. dass die gesamte Füllung in Bewegung ist. Dies wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass der Vorratssilo 10 einen Auslauftrichter 12 mit glatter Innenwand und relativ kleinem Öffnungswinkel 13 aufweist (ein Öffnungswinkel von zirka 40° ist anzuraten). Durch die besondere Form des Auslauftrichters 12 bifdet sich beim Entleeren kein Abflusstrichter, so dass ein Entmischen vom Füllgut beim Entleeren vermieden wird.

Der Vorratssilo 10 ist mit mehreren Druckbehältern 14i, 142, 143 verbunden, die er wahlweise mit seinem Füllgut beschicken kann. Jeder der Druckbehälter 14^ 142 und 143 verfügt über eine Fluidisierungskammer 16i, 162, 163 über welche er das fluidisierte Füllgut in eine pneumatische Hauptförderleitung 18 einspeist. Diese Hauptförderleitung 18 mündet in einen

Verteller 10, wo das Fördergut auf mehrere Anschlussleitungen 22 aufgeteilt wird. Jeder dieser Anschlussleitungen 22 ist mit einer (nicht gezeigten) Einblaslanze verbunden die in den Düsenstock eines Hochofens eingeführt ist.

Erfindungsgemäss wird ein Gemisch Kohlenstaub/ zerkleinerter Kunststoff in den Hochofen eingeblasen. Dieses Gemisch wird vorteilhaft bereits im Vorratssilo 10 erstellt.

Eine pneumatische Förderleitung 24 verbindet den Vorratssilo 10 mit einem (nicht gezeigten) Vorratsbunker für Kohlenstaub. Dieser Kohlenstaub hat eine Granulométrie von 0 bis maximal 1 mm.Jn dieser Leitung 24 erfolgt der Transport des Kohlenstaubs in einem Gas als Trägermedium zum oberen Ende des Vorratssilos 10, wo erin diesen Vorratssilo eingeblasen wird.

In einem separaten Vorratssilo 30 wird ein Vorrat an zerkleinertem Kunststoff aufbewahrt. Dieser mechanisch zerkleinerte Kunststoff hat eine Granulométrie von 0 bis 5 mm. Durch die mechanische Zerkleinerung haben die Kunststoffpartikel eine sehr unregelmässige, zerfetzte Form, so dass sie sich leicht in einander verkrallen. Der Vorratssilo 30 kann zum Beispiel über einen Tankwagen 32 nachgefüllt werden.

Entsprechend der Ausführung nach Figur 1 wird der zerkleinerte Kunststoff pneumatisch vom Vorratssilo 30 in den Vorratssilo 10 eingespeist. Hierzu beschickt der Vorratssilo 30 abwechselnd einen von mehreren Druckbehältern 34i, 342, mit zerkleinertem Kunststoff. Jeder dieser

Druckbehälter 34!, 342ist mit einer Fluidisierungskammer 36i, 362 ausgestattet, Ober die der zerkleinerte Kunststoff in eine pneumatische Förderleitung 38 einspeist wird. Wie die pneumatische Förderleitung 24 mündet auch die pneumatische Förderleitung 38 in den oberen Teil des Vorratssilos 10 ein.

Der Kohlenstaub und der zerkleinerte Kunststoff werden gleichzeitig in den Vorratssilo 10 eingeblasen. Das Verhältnis Massendurchsatz-Kohle in der Leitung 24 zu Massendurchsatz-Kunststoff in der Leitung 38 bestimmt das Mischverhältnis im Vorratssilo 10. Die Einführungen der Leitungen 24 und 38 in den Vorratssilo 10 sind derart zugestalten, dass eine Verwirbelung des Kohlenstaubs und des zerkleinerten Kunststoffs im oberen Teil des Vorratssilos 10 stattfindet, und dass sich kein Schüttkegel im Vorratssilo 10 ausbildet.

Die Vorrichtung nach Figur 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach Figur 1 ausschliesslich dadurch, dass die pneumatische Förderung des zerkleinerten Kunststoffs zwischen Vorratssilo 10 und Vorratssilo 30 durch einen pneumatischen Förderer 50 ersetzt wurde. Bei dieser Ausführung, die einen kleineren Installationsaufwand als die Anlage nach Figur 1 bedarf, wird die Verwirbelung des zerkleinerten Kunststoffs im oberen Teil des Vorratssilos 10 durch das Einblasen des fluidisierten Kohlenstaubs erzeugt. Es können jedoch auch Fluidisierungsgase zusätzlich in den Vorratssilo 10 eingeblasen werden.

Beispiel:

Hochofenleistung: 5.0001 Roheisen pro 24 h Einblasrate Kohlenstaub: 150 kg pro t Roheisen Kohlenstaubmenge: (5000 *150)/24 = 31.250 kg/h Mischverhältnis Kohlenstaub zu zerkleinertem Kunststoff: 4:1 Massendurchsatz Kohlenstaub in Leitung 24: 25.000 kg/h Massendurchsatz zerkleinerter Kunststoff in Leitung 38: 6.250 kg/h Der Hochofen kann somit ungefähr ca. 50.000 t Kunststoff pro Jahr verbrennen.

Ersatzverhältnisse in Bezuq auf Koks:

Kohle (Mittelwert): 0,80 Kunststoff: 1,00

Gemisch (4:1): 0,8 * 0,8 + 0,2 * 1 = 0,85 Abnahme der Flammentemperatur:

Kohle allein: ca 2°C pro g Kohle, der in 1 Nm3 Heisswind eingeblasen wird;

Kunststoff: ca 2,4°C pro g Kunststoff, der in 1 Nm3 Heisswind eingeblasen wird.

Gemisch (4:1): 0,8 * 2 + 0,2 * 2,4 = 2,08°C pro g Gemisch, der in 1 Nm3 Heisswind eingeblasen wird.

Kommentar: 1. Das Ersetzen von 20 % Kohlenstaub durch die gleiche Menge zerkleinerten Kunststoffs verandert die Energiebilanz des Hochofens sowie die Flammentemperatur nur unwesentlich. Das Ersatzverhältnis in Bezug auf Koks wird nur urn zirka 6 % erhöht. Die Flammentemperatur erhöht sich nur urn zirka 4 %.

2. Ein 4:1 Gemisch Kohlenstaub/zerkleinerter Kunststoff verringert die Verstopfungsgefahr der pneumatischen Transportanlage wesentlich.

Claims

1. Verfahren zum Verbrennen von Kunstoffabfällen im Hochofen, wobei die Kunstoffabfälle bis zu einer Granulométrie von 0 bis 5 mm zerkleinert werden und in Düsenstöcken des Hochofens in den Heisswind eingeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte Kunststoff in Kohlenstaub eingemischt wird und als Kohlenstaub/Kunststoff-Gemisch eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstaub/Kunststoff-Gemisch weniger als 50 Gewichts-% Kunststoff aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einmischen des zerkleinerten Kunststoffs in den Kohlenstaub durch gleichzeitiges Einspeisen des zerkleinerten Kunststoffs und des Kohlenstaubs in einen Vorratsbehälter einer pneumatischen Transportanlage erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisen des zerkleinerten Kunststoffs und des Kohlenstaubs in den Vorratsbehälter pneumatisch erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisen des zerkleinerten Kunststoffs in den Vorratsbehälter mittels eines mechanischen Förderers erfolgt, und das Einspeisen des Kohlenstaubs in den Vorratsbehälter pneumatisch erfolgt, wobei der Kohlenstaub derart in den Strom des zerkleinerten Kunststoffs geblasen wird, dass eine Verwirblung im Vorratsbehälter entsteht.