LU88553A1 - Process for burning plastic waste in a blast furnace - Google Patents
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Description
VERFAHREN ZUM VERBRENNEN VON KUNSTSTOFFABFÂLLEN IMMETHOD FOR BURNING PLASTIC WASTE IN
HOCHOFENBLAST FURNACE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen vonThe invention relates to a method for burning
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.Plastic waste in the blast furnace. It relates in particular to a method for blowing shredded plastic waste, with a granulometer from 0 to about 5 mm, over the nozzle blocks of the blast furnace.
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.In Germany alone, around 800,000 tonnes of plastic waste are generated each year, which can neither be recycled nor disposed of in domestic waste incineration plants without expensive exhaust gas filtering. Burning these plastics in the blast furnace is certainly an environmentally and economically interesting solution to reduce the mountains of waste. The high temperatures in the blast furnace prevent the release of toxic substances (e.g. dioxins and furans). At the same time, one kilogram of plastic waste allows one kilogram of coke to be replaced.
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.In the meantime, a blast furnace has been experimentally equipped for the incineration of plastic waste. For this pilot plant, the plastic waste is crushed in mechanical crushing machines to finally have a granulometer of 0 to 5 mm. The shredded plastic waste is transported from a silo system via a pneumatic transport system to the blast furnace, where it is blown into the hot wind in the nozzle blocks.
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.The incineration of plastic waste in the blast furnace is on the one hand an interesting solution to remove non-recyclable plastic waste in an environmentally friendly and energy-wise manner, but on the other hand the blast furnace operation must not be dependent on the supply of plastic waste. In other words, it must be possible to replace the plastic waste with a classic fuel at any time without adversely affecting the operation of the blast furnace. In the pilot plant mentioned above, eight nozzle blocks of the blast furnace are equipped for blowing in the shredded plastic waste, the eight remaining nozzle blocks are provided with a classic oil injection. The eight nozzle blocks of the blast furnace, which are equipped for blowing in the shredded plastic, also have a device for injecting oil, so that these nozzle sticks can alternatively be filled with shredded plastic waste or oil.
Der Hochofen der Versuchsanlage ist somit für folgende Betriebsweisen geeignet: 1) Einspritzen von Öl in den ersten acht Düsenstöcken,The blast furnace of the pilot plant is therefore suitable for the following operating modes: 1) injection of oil in the first eight nozzle assemblies,
Einblasen von Kunststoff in den restlichen acht Düsenstöcken; 2) Einspritzen von Öl in sämtlichen 16 Düsenstöcken.Blowing plastic into the remaining eight nozzle sticks; 2) Inject oil in all 16 nozzle assemblies.
Diese Betriebsweise der Versuchsanlage ist, wie bei der Ausarbeitung der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, nicht unbedingt optimal.This mode of operation of the test facility is not necessarily optimal, as was found in the elaboration of the present invention.
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.Plastic and oil have approximately the same energy value. In other words, one kilogram of plastic and one kilogram of coal can each replace the same amount of coke (approximately one kilogram) in the blast furnace. Experiments have shown, however, that blowing plastic into the hot wind influences the flame temperature to a much lesser extent than injecting oil. Injecting one gram of oil into a standard cubic meter of hot wind lowers the flame temperature by around 3.2 ° C; blowing one gram of plastic into a standard cubic meter of hot wind, on the other hand, only lowers the flame temperature by about 2.4 ° C. In order for the flame temperature to be the same for both fuels, a standard cubic meter of hot wind would have to be subjected to approximately 33% more plastic than oil. However, this would mean that the energy supplied when blowing in plastic is also 33% higher than with oil injection. This difference would of course completely change the thermal balance of the blast furnace when switching from plastic / oil operation to 100% oil operation, which would inevitably lead to problems. In order to avoid these problems, the flame temperature in the oil injection system is artificially raised by the addition of oxygen, so that the plastic throughput and the oil throughput in the blast furnace can be the same. Injecting oxygen to raise the flame temperature naturally entails additional costs.
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.Another problem with the pilot plant is that the plant for blowing plastic is very susceptible to blockages. These blockages are caused by the fact that the plastic particles: 1. are very difficult to keep in a fluidized state; 2. have the property of aggregating in the pneumatic transport system into indissoluble plugs.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das industrielle Einblasen von zerkleinerten Kunststoffabfällen in einenThe present invention has for its object a method for the industrial blowing of shredded plastic waste into one
Hochofen zu schaffen, das es ermöglicht die vorerwâhnten Problème zu beseitigen oder zumindest abzuschwächen.To create a blast furnace that enables the aforementioned problems to be eliminated or at least alleviated.
Diese Aufgabe wird dadurch gelost, dass der zerkleinerte Kunststoff in Kohlenstaub eingemischt wird und als Kohlenstaub/Kunststoff-Gemisch in den Hochofen eingeblasen wird.This task is solved by mixing the shredded plastic into coal dust and blowing it into the blast furnace as a coal dust / plastic mixture.
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.In the process according to the invention, the mixing ratio of coal dust / comminuted plastic can be selected such that the mixture only gives an insignificantly higher flame temperature than coal dust alone and only has an insignificantly higher energy value than coal dust alone. This can, e.g. if there is insufficient supply of plastic waste, you can switch to 100% coal dust combustion without having to compensate for a significant discontinuity in the flame temperature or the thermal balance of the blast furnace.
Das Gemisch Kohlenstaub/zerkleinerter Kunststoff ist ebenfalls weniger anfällig für Pfropfenbildung als der zerkleinerte Kunststoff allein.The coal dust / shredded plastic mixture is also less prone to clogging than the shredded plastic alone.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.The present invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings.
- 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.- Figure 1 shows a first embodiment of a system for mixing crushed plastic under the coal dust; - Figure 2 shows a variant of the embodiment of Figure 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.Reference number 10 shows a storage silo for holding solid, pneumatically conveyable substances, in this case a mixture of coal dust / shredded plastic. This storage silo 10 is constructed in such a way that a mass flow forms when emptied, i.e. that the entire filling is in motion. This is advantageously achieved in that the storage silo 10 has an outlet funnel 12 with a smooth inner wall and a relatively small opening angle 13 (an opening angle of approximately 40 ° is advisable). Due to the special shape of the outlet funnel 12, no drain funnel is formed when emptying, so that segregation of the filling material is avoided during emptying.
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 einenThe storage silo 10 is connected to a plurality of pressure containers 14i, 142, 143, which it can optionally load with its contents. Each of the pressure vessels 14, 142 and 143 has a fluidization chamber 16i, 162, 163 via which it feeds the fluidized filling material into a pneumatic main delivery line 18. This main conveyor line 18 opens into one
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.Verteller 10, where the material to be conveyed is divided over several connecting lines 22. Each of these connection lines 22 is connected to a blowing lance (not shown) which is introduced into the nozzle assembly of a blast furnace.
Erfindungsgemäss wird ein Gemisch Kohlenstaub/ zerkleinerter Kunststoff in den Hochofen eingeblasen. Dieses Gemisch wird vorteilhaft bereits im Vorratssilo 10 erstellt.According to the invention, a mixture of coal dust / shredded plastic is blown into the blast furnace. This mixture is advantageously created in the storage silo 10.
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.A pneumatic conveyor line 24 connects the storage silo 10 to a storage bunker (not shown) for coal dust. This coal dust has a granulometer of 0 to a maximum of 1 mm. In this line 24, the coal dust is transported in a gas as a carrier medium to the upper end of the storage silo 10, where it is blown into this storage silo.
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.A store of shredded plastic is stored in a separate storage silo 30. This mechanically crushed plastic has a granulometer of 0 to 5 mm. Due to the mechanical comminution, the plastic particles have a very irregular, shredded shape, so that they easily cling to each other. The storage silo 30 can be refilled, for example, via a tank truck 32.
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 dieserAccording to the embodiment according to FIG. 1, the comminuted plastic is fed pneumatically from the storage silo 30 into the storage silo 10. For this purpose, the storage silo 30 alternately feeds one of several pressure containers 34i, 342 with shredded plastic. Each of these
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.Pressure vessel 34 !, 342 is equipped with a fluidization chamber 36i, 362, via which the comminuted plastic is fed into a pneumatic delivery line 38. Like the pneumatic conveying line 24, the pneumatic conveying line 38 also opens into the upper part of the storage silo 10.
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.The coal dust and the shredded plastic are blown into the storage silo 10 at the same time. The ratio of mass throughput to coal in line 24 to mass throughput plastic in line 38 determines the mixing ratio in storage silo 10. The introduction of lines 24 and 38 into storage silo 10 is such that swirling of the coal dust and the comminuted plastic in the upper Part of the storage silo 10 takes place, and that no bulk cone forms in the storage silo 10.
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.The device according to FIG. 2 differs from the device according to FIG. 1 only in that the pneumatic conveying of the comminuted plastic between the storage silo 10 and the storage silo 30 has been replaced by a pneumatic conveyor 50. In this embodiment, which requires less installation work than the system according to FIG. 1, the swirling of the comminuted plastic is generated in the upper part of the storage silo 10 by blowing in the fluidized coal dust. However, fluidization gases can also be additionally blown into the storage silo 10.
Beispiel:Example:
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.Blast furnace output: 5,0001 pig iron per 24 h blowing rate of coal dust: 150 kg per t pig iron quantity of coal dust: (5000 * 150) / 24 = 31,250 kg / h mixing ratio of coal dust to shredded plastic: 4: 1 mass flow rate of coal dust in line 24: 25,000 kg / h mass flow rate of shredded material Plastic in line 38: 6,250 kg / h The blast furnace can burn about 50,000 t of plastic per year.
Ersatzverhältnisse in Bezuq auf Koks:Substitute relationships in Bezuq on coke:
Kohle (Mittelwert): 0,80 Kunststoff: 1,00Coal (mean): 0.80 plastic: 1.00
Gemisch (4:1): 0,8 * 0,8 + 0,2 * 1 = 0,85 Abnahme der Flammentemperatur:Mixture (4: 1): 0.8 * 0.8 + 0.2 * 1 = 0.85 decrease in flame temperature:
Kohle allein: ca 2°C pro g Kohle, der in 1 Nm3 Heisswind eingeblasen wird;Coal alone: approx. 2 ° C per g of coal, which is blown into 1 Nm3 hot wind;
Kunststoff: ca 2,4°C pro g Kunststoff, der in 1 Nm3 Heisswind eingeblasen wird.Plastic: approx. 2.4 ° C per g plastic, which is blown into 1 Nm3 hot wind.
Gemisch (4:1): 0,8 * 2 + 0,2 * 2,4 = 2,08°C pro g Gemisch, der in 1 Nm3 Heisswind eingeblasen wird.Mixture (4: 1): 0.8 * 2 + 0.2 * 2.4 = 2.08 ° C per g mixture, which is blown into 1 Nm3 hot wind.
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 %.Comment: 1. Replacing 20% coal dust with the same amount of shredded plastic only slightly changes the energy balance of the blast furnace and the flame temperature. The replacement ratio with regard to coke is only increased by about 6%. The flame temperature only increases by about 4%.
2. Ein 4:1 Gemisch Kohlenstaub/zerkleinerter Kunststoff verringert die Verstopfungsgefahr der pneumatischen Transportanlage wesentlich.2. A 4: 1 mixture of coal dust / shredded plastic significantly reduces the risk of clogging of the pneumatic transport system.
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LU88553A LU88553A1 (en) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | Process for burning plastic waste in a blast furnace |
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2796566B1 (en) | 2011-12-21 | 2018-08-29 | JFE Steel Corporation | Blast furnace operation method |
-
1994
- 1994-11-04 LU LU88553A patent/LU88553A1/en unknown
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EP2796566B1 (en) | 2011-12-21 | 2018-08-29 | JFE Steel Corporation | Blast furnace operation method |
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