WO2022254322A1 - Vorrichtung zum aufarbeiten von eisenoxid-haltigen und phosphat-haltigen edukten - Google Patents

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WO2022254322A1
WO2022254322A1 PCT/IB2022/055069 IB2022055069W WO2022254322A1 WO 2022254322 A1 WO2022254322 A1 WO 2022254322A1 IB 2022055069 W IB2022055069 W IB 2022055069W WO 2022254322 A1 WO2022254322 A1 WO 2022254322A1
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    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag

Definitions

  • the present application relates to a device for processing starting materials containing iron oxide and phosphate, in particular waste materials such as sewage sludge, dry sewage sludge, sewage sludge ash, animal meal and/or bone meal, as well as phosphate-containing metallurgical slag and dust and rolling mill scale, comprising a combustion chamber lined with a refractory material , a feed device for the reactants connected to the combustion chamber, a slag sump at a lower end of the combustion chamber and a discharge device for drawing off product gases from the combustion chamber, the feed device having a vortex chamber arranged along a vertical axis with at least one passing through a housing of the vortex chamber and into the Comprising vortex chamber opening gas inlet, wherein a lance for ejecting an oxygen-containing gas is arranged in the vortex chamber along the vertical axis.
  • waste materials such as sewage sludge, dry sewage sludge, sewage sludge ash, animal meal and
  • Devices of this type are known, for example, from EP 1735 475 B1, are operated as burners and are generally used for oxidizing and calcining, sintering or melting dust.
  • High-purity phosphorus raw materials are required in particular for food production and for the pharmaceutical industry, which can be represented from elemental phosphorus (P 4 , white phosphorus).
  • elemental phosphorus P 4 , white phosphorus
  • the production is becoming increasingly difficult and is currently no longer carried out, at least in Europe. If the combustion is incomplete due to the grain or particle size of the starting materials, the phosphates are not as
  • Phosphate slag melt before and the known methods for converting the phosphate slag melt can not be used.
  • the present invention is therefore based on the object of further developing a burner of the type mentioned at the outset in such a way that only educt particles whose particle size is sufficiently small to ensure reliable processing get into the combustion chamber. Furthermore, the educts should be distributed or suspended as finely divided and evenly as possible in the gas stream flowing from the feed device into the combustion chamber in order to ensure a long residence time and the most complete possible conversion of the educts in terms of the combustion of organic accompanying substances and complete oxidation of phosphorus and metals guarantee .
  • a device of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention in that in a region axially above the at least one gas inlet, a screw conveyor for the educts arranged in a screen tube provided with holes passes through the vortex chamber. Because a screw conveyor is provided for introducing the educts, educts with different grain sizes can be introduced with a continuous mass flow. In order to prevent too large educt particles from getting into the vortex chamber, the The screw conveyor does not have a discharge end in the vortex chamber, as would be the case for a screw conveyor, but penetrates or traverses it completely and the educts are discharged exclusively through the holes in the screen tube into the vortex chamber.
  • the present invention allows the introduction of only educts whose particle size is small enough for sufficiently strong and homogeneous turbulence to take place in the feed device and, accordingly, good processing of the educts containing iron oxide and phosphate by incineration in the combustion chamber Formation of a phosphate slag melt can take place.
  • the holes in the screen tube have a diameter of 1.5 mm to 0.5 mm, preferably 1.25 mm to 0.75 mm and particularly preferably 1.0 mm, as is the case here corresponds to a preferred embodiment of the present invention.
  • educt particles with appropriate diameters are reliably introduced into the vortex chamber and it is avoided that the organic portion of educt particles that are too large can only burn incompletely in the combustion chamber.
  • the present invention is preferably further developed to the effect that a collecting container for educt particles is arranged at a discharge end of the screw conveyor and return means for Educt particles are provided from the collection container in a comminution device upstream of the auger conveyor and connected to the auger conveyor.
  • the at least one gas inlet is aligned tangentially in order to generate a circulating flow.
  • the circulating flow is generated by a fluidizing gas blown through the at least one gas inlet into the feed device, N 2 , CO 2 , superheated steam, H 2 , CH 4 , air or mixtures thereof preferably being used as fluidizing gas.
  • the fluidizing gas can be selected depending on the thermochemical requirements of the educts, whereby it must be ensured that the fluidizing gas under the respective conditions does not lead to premature combustion of the educts in the feed device, to flashback of the flame from the combustion chamber into the feed device or to an explosion of the educt particles.
  • the invention is preferably further developed such that the at least one gas inlet consists of two plates penetrating the housing of the vortex chamber parallel to the vertical axis and inclined towards one another, the plates being displaceable independently of one another into the interior of the vortex chamber.
  • This preferred configuration allows, by appropriate displacement of the two plates of a gas inlet, to adjust both the width of the gap between the two plates and the direction of exit of the gas from the gap, as will be explained below in connection with the drawings.
  • the feed device of the device according to the invention has not only one gas inlet, but a plurality of gas inlets, which can be arranged, for example, evenly around the circumference of the housing of the feed device in the area of the vortex chamber. For example, six or eight gas inlets can be provided.
  • At least one of the plates can preferably be pivoted about an axis arranged in the plane of the plate. Both plates are preferably pivotable about an axis arranged in the plane of the plate. This allows a more flexible adjustment of the gap width and the exit angle of the gas flow exiting the gas inlet.
  • the at least one gas inlet is formed by a first tube running parallel to the vertical axis, closed on both sides and slotted on its lateral surface parallel to the vertical axis, which first tube passes through the housing of the vortex chamber, wherein the first tube is preferably rotatably mounted on the housing.
  • a gas inlet thus forms a column-like opening in the housing of the vortex chamber and has a slot running parallel to the vertical axis, from which the gas can exit.
  • the gas emerging from the gas inlet is fed into the vortex chamber over an axial length of the vortex chamber pushed in and therefore ensures turbulence and equalization of the educt particles in the turbulence chamber over the entire length of the slotted lateral surface and thus good combustion of the educt particles in the combustion chamber.
  • a second tube slotted parallel to the vertical axis is arranged coaxially with the first tube, the second tube being rotatable with respect to the first tube.
  • the effective width of the slit in the jacket surface for the passage of the fluidizing gas can be adjusted through the second tube by turning the second tube in the first tube.
  • a preferably oxygen-containing gas for example pure oxygen, is blown into the device according to the invention at high speed via the lance mentioned at the outset in order to atomize the educts and introduce them in highly dispersed form into the combustion chamber for ignition and combustion.
  • this gas flow is to be regarded as a secondary gas flow.
  • reactive gases such as chlorine gas, ammonia, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and/or methane or inert gases such as nitrogen and/or noble gases can also be injected via the lance. It is also possible to add water vapor to adjust the flame temperature.
  • the invention can preferably be further developed in that the lance is designed as a double tube, forming an annular gap between an inner lance tube and an outer lance tube, with the outer tube at its the end facing away from the screw conveyor rests against the inner tube and has a plurality of holes for the passage of a gas, preferably oxygen.
  • the outer tube is closed off at its end slightly proximal to the end of the first tube and the gas, preferably an oxygen-containing gas such as pure oxygen to promote combustion, exits to the side, creating a further , The formation of turbulence-promoting gas component is obtained. As a result, the educt particles experience an additional deflection and are thus even better swirled.
  • the oxygen-containing gas introduced through the annular gap or the outer tube is to be regarded as the primary gas flow.
  • the primary gas flow generally makes up at least two thirds of the total gas flow introduced through the lance in the form of the primary and secondary gas flow.
  • the secondary gas flow serves to optimally shape the flame pattern in the combustion chamber.
  • the addition of the secondary gas flow results in a softer, more voluminous flame in the combustion chamber, whereas a lower secondary gas flow results in a rather tight, longer and dense flame in the combustion chamber.
  • the measure just described can also cause the formation of a cyclone-like turbulence if the holes are aligned inclined to a radial direction of the turbulence chamber, as corresponds to a preferred embodiment of the present invention.
  • the lance can preferably be displaceable in the direction of the vertical axis.
  • the device according to the invention can preferably be further developed in such a way that the feed device at its end facing the combustion chamber is connected from an annular nozzle to Discharge of water is surrounded, preferably a pyrometer is directed into the combustion chamber to control the discharge of water through the annular nozzle based on measurement data from the pyrometer.
  • the release of water in this area reduces the flame temperature and at the same time improves the heat transfer of the heat from the flame to the educts and can therefore have a positive effect on the processing of the educts.
  • the water is released through the annular nozzle preferably depending on measurement data from a pyrometer, which is preferably directed through the inner lance tube in order to measure the flame temperature. The water requirement depends on the educt properties.
  • the phosphate slag melt formed by the combustion of the educt particles dispersed in the turbulence chamber of the feed device collects at the bottom of the combustion chamber in a melting vessel trained slag sump and can be deducted there.
  • the phosphate slag melt can only be quickly cooled, for example, in order to obtain an amorphous, cementitious binder for hydraulic cements.
  • the phosphate slag melt can be further processed with other methods to obtain elemental phosphorus.
  • the slag sump has a tapping opening penetrating the refractory material and the housing of the combustion chamber, with a heating device for heating the refractory material in the area of the tapping opening the tap opening is arranged. If the heating device in the area of the tap opening is not put into operation, the phosphate slag melt in the tap opening freezes over with a corresponding length of the tap opening and in this way closes the opening.
  • the temperature in the tap hole is appropriately increased so that the molten phosphate slag in the tap hole becomes liquid and the molten phosphate slag can thus flow through the tap hole.
  • This type of closure of the slag sump is sufficient without temperature-sensitive built-in components and can therefore be operated reliably over a long service life of the device according to the invention.
  • a preferred embodiment of the heating device provides that the heating device is controlled by an induction device and a device that can be inductively coupled to the induction device Susceptor, preferably in the form of a graphite hollow cylinder, is formed.
  • the refractory material in the area of the tapping opening contains corundum.
  • Corundum-containing refractory materials have a higher heat transfer rate than conventional refractory materials and therefore conduct the heat from the heating device to the tap opening more quickly.
  • the extraction device is designed as a riser pipe connected to the combustion chamber with a feed device for a lime carrier, preferably for powdered calcium carbonate.
  • the riser pipe thus protrudes from the combustion chamber next to the feed device and the hot exhaust gases from the processing of the educts either rise in the riser pipe without action or an induced draft is generated on the cold side of the riser pipe.
  • P2O5 is unavoidably produced in addition to the desired phosphate slag melt, which rises in gaseous form in the riser pipe and would pose a major problem when disposing of the waste gas.
  • a feed device for a lime carrier preferably for powdered calcium carbonate, is provided in the riser pipe.
  • the P2O5 is converted into thermostable calcium phosphates by the lime added at this point.
  • a possible reaction equation for this process can be given as follows:
  • the device according to the invention is preferably further developed such that a separating device for separating solid particles from the product gas stream, preferably in the form of a cyclone separator, is connected to the extraction device. Furthermore, it is preferably provided that return means for solid particles occurring in the separating device are provided in the screw conveyor or in a mixer for the reactants upstream of the screw conveyor.
  • the lime carrier preferably the dusty calcium carbonate
  • the lime carrier can preferably already be mixed with the educt before the educts are fed to the feed device in order to eliminate the P2O5 from the gas phase.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the device according to the invention
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of the feed device of the device according to the invention with partial sectional views of different areas of the vortex chamber
  • Figure 3 shows a sectional view of a gas inlet according to the present invention
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of the gas inlets according to the invention and their Arrangement on the feed device according to the present invention
  • FIGS. 5a to 5c depictions of the functioning of the gas inlets of FIG. 4
  • FIG. 6 shows a sectional view of the melt sump of the device according to the invention in the area of the tap opening.
  • the device according to the invention for processing starting materials containing iron oxide and phosphate in particular waste materials such as sewage sludge, dry sewage sludge, sewage sludge ash, animal meal and/or bone meal, is designated by reference number 1 .
  • the device 1 comprises a combustion chamber 2 lined with a refractory material, a feed device 3 for the educts connected to the combustion chamber 2, a slag sump 4 at a lower end 2a of the combustion chamber 2 and an extraction device 5 for extracting product gases from the combustion chamber 2.
  • the feed device 3 further comprises a vortex chamber 7 arranged along a vertical axis 6 and arranged in a housing 8 .
  • the educts are fed in at a feed end 9 of the feed device 3 .
  • Thorough turbulence and dispersion of the educt particles takes place in the turbulence chamber 7 and are subsequently ignited in the combustion chamber 2 and burned there.
  • a molten phosphate slag 4 is formed, which collects at the bottom of the combustion chamber 2 at the lower end 2a and can be tapped off from there.
  • Process exhaust gas enters the extraction device 5 designed as a riser pipe 5a and rises there in order to be separated from solid particles in a separating device 10 .
  • Separating device 10 preferably has a cyclone separator 11, from which a rotary valve 12 and not shown return means 13 calcium phosphates, such as CasiPCh ⁇ / to task end 9 of
  • Feeding device 3 can be returned.
  • the calcium phosphates mentioned come from a calcination process in which P 2 O 5 in the process gas flow via a schematically shown Feeding device 14 CaCCh is fed.
  • the CaCCü dissociates in the hot process gas to form CaO and CO2 and the CaO together with the P2O5 forms Ca3(PO4)2.
  • a heat exchanger closes on the cyclone separator 11 to cool the approximately 700°C hot process gas, which essentially consists of CO and H2 51 and a dust filter 53 provided with a suction fan 52, so that the fine dust fraction can be more or less completely eliminated from the process gas.
  • the process gas from the suction fan 52 can then be supplied to gas utilization in a manner known per se.
  • the fine dust from the dust filter 53 can be returned to the educts or fed to non-ferrous metallurgy.
  • FIG. 2 and FIG. 3 the same elements are provided with the same reference numbers.
  • the feed device 3 is shown in more detail and it can be seen that in an area axially above a gas inlet 15 a screw conveyor 18 for the educts 19 arranged in a screen tube 17 provided with holes 16 traverses the vortex chamber 7 .
  • the educt particles are caught by the gas flow from the gas inlet 15 and swirled accordingly.
  • the gas inlet 15 is fed by a ring line 20 and several gas inlets 15 can be arranged around the circumference of the vortex chamber 7 . Oversize from the screw conveyor 18, which could not pass through the holes 16, is discharged via a rotary valve 21 of a collecting container 22 and introduced back into the screw conveyor 18 after appropriate comminution.
  • the gas inlet 15 is formed by a first tube 24 running parallel to the vertical axis 6, closed on both sides and slotted on its lateral surface 23 parallel to the vertical axis.
  • this converges to form a nozzle 32 in order to eject the gas flow together with the educt particles into the combustion chamber 2 and to ignite the educt particles there.
  • the feed device 3 is surrounded at its end 3a facing the combustion chamber 2 by an annular nozzle 33 for dispensing water.
  • the gas inlets 15 are each formed by two plates 40 which pass through the housing 8 of the vortex chamber 7 parallel to the vertical axis 6 and are inclined towards one another. As a result, a gap 41 is formed in each case, through which the gas escapes into the interior of the vortex chamber 7 .
  • the gas inlets 15 are in turn supplied with gas by a ring line 20 and can be separated from the ring line by valves 42 as required.
  • the width a of the gap 42 can be adjusted in each case, as can be seen in FIG. 5a.
  • the slag sump 4 can be tapped off via a tapping opening 47 penetrating the refractory material 46 and the housing 54 of the combustion chamber 2 .
  • a heating device 48 for heating the refractory material 46 in the area of the tapping opening 47 is arranged in the area of the tapping opening 47 .
  • the heater 48 is in this case of an induction device 49 and a next to the
  • Induction device 49 arranged susceptor 50 formed, wherein the susceptor 50 is designed in the form of a graphite hollow cylinder.
  • the refractory material 46 contains corundum.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zum Aufarbeiten von Eisenoxid-haltigen und Phosphat-haltigen Edukten, insbesondere von Abfallstoffen wie Klärschlamm, Trockenklärschlamm, Klärschlammasche, Tiermehl und/oder Knochenmehl sowie von phosphathaltigen metallurgischen Schlacken und Stäuben und Walzwerkszunder, umfassend eine mit einem Feuerfestmaterial (46) ausgekleidete Brennkammer (2), eine an die Brennkammer (2) angeschlossene Aufgabevorrichtung (3) für die Edukte, einen Schlackensumpf (4) an einem unteren Ende (2a) der Brennkammer (2) und eine Abzugsvorrichtung (5) zum Abziehen von Produktgasen aus der Brennkammer (2), wobei die Aufgabevorrichtung (3) eine entlang einer Vertikalachse (6) angeordnete Wirbelkammer (7) mit zumindest einem ein Gehäuse (8) der Wirbelkammer (7) durchsetzenden und in die Wirbelkammer (7) mündenden Gaseinlass (15) umfasst, wobei in der Wirbelkammer (7) entlang der Vertikalachse (6) eine Lanze (26) zum Ausstoßen eines sauerstoffhaltigen Gases angeordnet ist, durchsetzt in einem Bereich axial oberhalb des zumindest einen Gaseinlasses (15) eine in einem mit Löchern (16) versehenen Siebrohr (17) angeordnete Förderschnecke (18) für die Edukte die Wirbelkammer (7).

Description

Vorrichtung zum Aufarbeiten von Eisenoxid-haltigen und
Phosphat-haltigen Edukten
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Aufarbeiten von Eisenoxid-haltigen und Phosphat-haltigen Edukten, insbesondere von Abfallstoffen wie Klärschlamm, Trockenklärschlamm, Klärschlammasche, Tiermehl und/oder Knochenmehl sowie von phosphathaltigen metallurgischen Schlacken und Stäuben und Walzwerkszunder, umfassend eine mit einem Feuerfestmaterial ausgekleidete Brennkammer, eine an die Brennkammer angeschlossene Aufgabevorrichtung für die Edukte, einen Schlackensumpf an einem unteren Ende der Brennkammer und eine Abzugsvorrichtung zum Abziehen von Produktgasen aus der Brennkammer, wobei die Aufgabevorrichtung eine entlang einer Vertikalachse angeordnete Wirbelkammer mit zumindest einem ein Gehäuse der Wirbelkammer durchsetzenden und in die Wirbelkammer mündenden Gaseinlass umfasst, wobei in der Wirbelkammer entlang der Vertikalachse eine Lanze zum Ausstößen eines sauerstoffhaltigen Gases angeordnet ist.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus EP 1735 475 Bl bekannt, werden als Brenner betrieben und dienen in der Regel zum Oxidieren und Kalzinieren, Sintern oder Schmelzen von Stäuben.
Die Preise für Rohphosphat erfahren in letzter Zeit aufgrund der Verknappung geeigneter Rohstoffquellen eine ständige Steigerung. Zudem weisen die ausgebeuteten Phosphaterze zunehmend bedeutende Gehalte von Uran, Cadmium, Selen und weiteren gesundheitsschädlichen Begleitstoffe auf. Derartige Begleitelemente können nur mit sehr großem Aufwand entfernt werden, sodass die Verwendung von Phosphaten aus solcherart belasteten Erzen immer unwirtschaftlicher wird. Andererseits finden sich in Abfallstoffen teilweise relativ große Gehalte an Phosphor-Verbindungen. Dies trifft beispielsweise auf Klärschlamm, Tiermehl, Knochenmehl und dergleichen zu. Gleichzeitig stellen diese Abfallstoffe ein entsorgungstechnisches Problem dar, da sie in erheblichem Ausmaß mit organischen Schadstoffen und Schwermetallen belastet sind. Es würde sich daher anbieten, die Phosphor- Verbindungen, die zumeist in oxidierter Form als Phosphate vorliegen, aus diesen Abfallstoffen zu gewinnen und gleichzeitig die organischen Schadstoffe zu verbrennen und die Metalle in einer Schlacke zu binden. Hierfür eignen sich prinzipiell die eingangs erwähnten Vorrichtungen.
Ein Problem hierbei liegt jedoch darin, dass die genannten Edukte zum Teil als relativ große Körner beziehungsweise als zusammenklebende Aggregate vorliegen, die in einem industriellen Prozess nicht zuverlässig genug zerkleinert werden können. Aus diesem Grund erfolgt deren Aufarbeitung durch Verbrennung in Vorrichtungen der eingangs genannten Art häufig unvollständig, da bei zu großen Korngrößen die Verweilzeit in der Flugphase nicht ausreicht, um eine Verbrennung durch das gesamte Korn zu erzielen. Somit sammeln sich in den Produkten der Umsetzung in den bekannten Brennern in zu hohem Maße unverbrannte Rückstände an, die in den Verbrennungsprodukten verteilt und festgebacken und folglich einer weiteren Aufarbeitung nicht mehr zugänglich sind. Wenn eine vollständige Umsetzung der Edukte zu einer Phosphatschlackenschmelze gelingen würde, stünden darüber hinaus Verfahren zur Verfügung, um die Phosphate zu elementarem und hochreinem Phosphor umzusetzen. Insbesondere für die Lebensmittelherstellung und für die pharmazeutische Industrie werden hochreine Phosphor-Ausgangsstoffe benötigt, die aus elementarem Phosphor (P4, weißer Phosphor) darstellbar sind. Die Herstellung gestaltet sich jedoch zunehmend schwierig und wird zumindest in Europa derzeit nicht mehr durchgeführt. Wenn nun die Verbrennung aufgrund der Korn beziehungsweise Partikelgröße der Edukte unvollständig erfolgt, liegen die Phosphate nicht als
Phosphatschlackenschmelze vor und die bekannten Verfahren zur Umsetzung der Phosphatschlackenschmelze können nicht eingesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass nur Eduktpartikel in den Brennraum gelangen, deren Partikelgröße ausreichend gering ist, um eine zuverlässige Aufarbeitung zu gewährleisten. Weiters sollen die Edukte möglichst feinteilig und gleichmäßig in dem aus der Aufgabevorrichtung in den Brennraum mündenden Gasstrom verteilt beziehungsweise suspendiert werden, um eine hohe Verweilzeit und eine möglichst vollständige Umsetzung der Edukte im Sinne der Verbrennung von organischen Begleitstoffen und eine vollständige Oxidierung von Phosphor und Metallen zu gewährleisten .
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich axial oberhalb des zumindest einen Gaseinlasses eine in einem mit Löchern versehenen Siebrohr angeordnete Förderschnecke für die Edukte die Wirbelkammer durchsetzt. Dadurch, dass eine Förderschnecke für das Einbringen der Edukte bereitgestellt wird, können Edukte mit unterschiedlichen Korngrößen mit einem kontinuierlichen Massenstrom eingebracht werden. Um zu verhindern, dass zu große Eduktpartikel in die Wirbelkammer geraten, endet die Förderschnecke nicht, wie dies für eine Förderschnecke üblich wäre, mit einem Austragsende in der Wirbelkammer, sondern durchsetzt beziehungsweise durchquert diese vollständig und die Edukte werden ausschließlich durch die Löcher im Siebrohr in die Wirbelkammer abgegeben. Auf diese Weise können zu große Eduktpartikel nicht in den Brennraum gelangen und werden durch die Förderschnecke wiederum aus der Wirbelkammer ausgetragen. Auf diese Weise gestattet es die vorliegende Erfindung, ausschließlich Edukte einzubringen, deren Partikelgröße klein genug ist, dass eine ausreichend starke und homogene Verwirbelung in der Aufgabevorrichtung stattfindet und in der Brennkammer dementsprechend eine gute Aufarbeitung der Eisenoxid-haltigen und Phosphat-haltigen Edukte durch Verbrennung unter Bildung einer Phosphatschlackenschmelze stattfinden kann.
Eine gute Aufarbeitung der genannten Edukte gelingt dann, wenn die Löcher im Siebrohr einen Durchmesser von 1,5 mm bis 0,5 mm, bevorzugt von 1,25 mm bis 0,75 mm und insbesondere bevorzugt von 1,0 mm aufweisen, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. Auf diese Weise werden zuverlässig Eduktpartikel mit entsprechenden Durchmessern in die Wirbelkammer eingebracht und es wird vermieden, dass der organische Anteil zu großer Eduktpartikel in der Brennkammer nur unvollständig verbrennen kann.
Um Eduktpartikel verwerten zu können, die ursprünglich nicht durch eines der Löcher im Siebrohr hindurch in die Wirbelkammer treten konnten, ist die vorliegenden Erfindung bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass an einem Austragsende der Förderschnecke ein Auffangbehälter für Eduktpartikel angeordnet ist und Rückführungsmittel für Eduktpartikel aus dem Auffangbehälter in eine der Förderschnecke vorgelagerte und mit der Förderschnecke verbundene Zerkleinerungsvorrichtung vorgesehen sind. Diese Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gestattet es, zu große Partikel nach einer Zerkleinerung doch noch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufzuarbeiten, wobei durch die Trennung der Partikel im ersten Durchgang durch die Förderschnecke und das Siebrohr die Belastung der Zerkleinerungsvorrichtung verringert wird.
Um gemäß der eingangs gestellten Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine optimierte Vergleichmäßigung und Suspendierung der Eduktpartikel in der Wirbelkammer und folglich in der Brennkammer zu erreichen, ist der wenigstens eine Gaseinlass tangential ausgerichtet, um eine zirkulierende Strömung zu erzeugen. Die zirkulierende Strömung wird durch ein durch den zumindest einen Gaseinlass in die Aufgabevorrichtung eingeblasenes Wirbelgas erzeugt, wobei als Wirbelgas bevorzugt N2, CO2, überhitztem Wasserdampf, H2, CH4, Luft oder Gemische davon zum Einsatz kommen. Das Wirbelgas kann je nach den thermochemischen Anforderungen der Edukte gewählt werden, wobei grundsätzlich zu beachten ist, dass das Wirbelgas unter den jeweiligen Bedingungen nicht zu einem vorzeitigen Abbrand der Edukte in der Aufgabevorrichtung, zu einem Rückschlägen der Flamme aus der Brennkammer in die Aufgabevorrichtung oder zu einer Explosion der Eduktpartikel führt.
In diesem Zusammenhang ist die Erfindung bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass der zumindest eine Gaseinlass von zwei das Gehäuse der Wirbelkammer parallel zur Vertikalachse durchsetzenden und zueinander geneigten Platten besteht, wobei die Platten unabhängig voneinander in das Innere der Wirbelkammer verschiebbar sind. Diese bevorzugte Konfiguration gestattet es, durch geeignetes Verschieben der beiden Platten eines Gaseinlasses, sowohl die Spaltbreite zwischen den beiden Platten als auch die Richtung des Austritts des Gases aus dem Spalt einzustellen, wie dies weiter unten im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert werden wird. In der Regel weist die Aufgabevorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur einen Gaseinlass, sondern eine Mehrzahl von Gaseinlässen auf, die beispielsweise gleichmäßig um den Umfang des Gehäuses der Aufgabevorrichtung im Bereich der Wirbelkammer angeordnet sein können. Beispielsweise können sechs oder acht Gaseinlässe vorgesehen sein.
Bevorzugt ist zumindest eine der Platten um eine in der Plattenebene angeordnete Achse verschwenkbar. Bevorzugt sind beide Platten um eine in der Plattenebene angeordnete Achse verschwenkbar. Dies erlaubt eine flexiblere Einstellung der Spaltbreite und des Austrittswinkels des aus dem Gaseinlass austretenden Gasstroms.
Gemäß einer bevorzugten, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es hinsichtlich der Gestaltung des zumindest einen Gaseinlasses auch vorgesehen sein, dass der zumindest eine Gaseinlass von einem parallel zur Vertikalachse verlaufenden, beidseitig verschlossenen und an seiner Mantelfläche parallel zur Vertikalachse geschlitzten ersten Rohr gebildet ist, welches erste Rohr das Gehäuse der Wirbelkammer durchsetzt, wobei das erste Rohr bevorzugt drehbar am Gehäuse gelagert ist. Ein solcher Gaseinlass bildet somit eine säulenartige Durchbrechung des Gehäuses der Wirbelkammer aus und weist einen parallel zur Vertikalachse verlaufenden Schlitz auf, aus dem das Gas austreten kann. Das aus dem Gaseinlass austretende Gas wird auf diese Weise über eine axiale Länge der Wirbelkammer in die Wirbelkammer eingestoßen und sorgt daher über die gesamte Länge der geschlitzten Mantelfläche für eine Verwirbelung und Vergleichmäßigung der Eduktpartikel in der Wirbelkammer und damit für eine gute Verbrennung der Eduktpartikel in der Brennkammer .
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass in dem ersten Rohr ein parallel zur Vertikalachse geschlitztes zweites Rohr koaxial mit dem ersten Rohr angeordnet ist, wobei das zweite Rohr drehbar zum ersten Rohr ist. Durch das zweite Rohr kann durch Verdrehen des zweiten Rohrs im ersten Rohr die effektive Breite des Schlitzes in der Mantelfläche für den Durchtritt des Wirbelgases eingestellt werden, was es erlaubt, neben der zuvor beschriebenen Richtung des Gasaustritts auch die Austrittsgeschwindigkeit des Wirbelgases zu beeinflussen. Insgesamt wird somit eine an die jeweiligen Gegebenheiten der Edukte angepasste Verwirbelung und Vergleichmäßigung der Eduktpartikel in der Wirbelkammer erreicht, sodass eine zuverlässige Umsetzung der Edukte in der Brennkammer sichergestellt werden kann.
Über die eingangs erwähnte Lanze wird ein bevorzugt sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise reiner Sauerstoff, mit hoher Geschwindigkeit in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingeblasen, um die Edukte zu zerstäuben und hochdispers in die Brennkammer zur Zündung und Verbrennung einzubringen. Dieser Gasstrom ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als Sekundärgasstrom anzusehen. Optional können über die Lanze aber auch reaktive Gase wie Chlorgas, Ammoniak, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und/oder Methan oder aber auch inerte Gase wie Stickstoff und/oder Edelgase eingestoßen werden. Weiters ist auch die Zugabe von Wasserdampf zur Einstellung der Flammentemperatur möglich. Aufgrund der hohen Gasgeschwindigkeit des Gases, das aus der Lanze austritt, werden die Eduktpartikel aufgrund lokaler Unterdruckbereiche mit dem Gasstrahl mitgerissen und beim Beschleunigen hohen Scherkräften ausgesetzt. Hierdurch erfolgt eine weitere Zerkleinerung der Eduktpartikel. Um die Verwirbelung der Eduktpartikel zum Zwecke einer möglichst vollständigen Aufarbeitung noch besser zu verwirbeln, kann die Erfindung bevorzugt dahingehend weitergebildet sein, dass die Lanze als Doppelrohr unter Ausbildung eines Ringspalts zwischen einem inneren Lanzenrohr und einem äußeren Lanzenrohr ausgebildet ist, wobei das äußere Rohr an seinem von der Förderschnecke abgewandten Ende am inneren Rohr anliegt und eine Mehrzahl von Löchern für den Durchtritt eines Gases, bevorzugt Sauerstoff, aufweist. Dies bedeutet, dass das äußere Rohr an seinem Ende, welches etwas proximal vom Ende des ersten Rohrs liegt, abgeschlossen ist und ein Austritt des Gases, bevorzugt eines sauerstoffhaltigen Gases wie beispielsweise reiner Sauerstoff zur Förderung der Verbrennung, nach der Seite erfolgt, wodurch eine weitere, die Ausbildung von Turbulenzen fördernde Gaskomponente erhalten wird. Die Eduktpartikel erfahren hierdurch eine zusätzliche Ablenkung und werden dadurch noch besser verwirbelt. Das durch den Ringspalt beziehungsweise das äußere Rohr eingebrachte sauerstoffhaltige Gas ist als Primärgasstrom zu betrachten.
Der Primärgasstrom macht in der Regel mindestens zwei Drittel des durch die Lanze in Form des Primär- und Sekundärgasstroms eingebrachten Gesamtgasstroms aus. Der Sekundärgasstrom dient zur optimalen Formung des Flammenbilds in der Brennkammer. Die Zugabe des Sekundärgasstroms führt zu einer weicheren voluminöseren Flamme in der Brennkammer, wohingegen eine geringerer Sekundärgasstrom zu einer eher straffen, längeren und dichten Flamme in der Brennkammer führt. Durch die soeben geschilderte Maßnahme kann auch die Ausbildung einer zyklonartigen Verwirbelung verursacht werden, wenn die Löcher zu einer radialen Richtung der Wirbelkammer geneigt ausgerichtet sind, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.
Zur weiter verbesserten Einstellung der Strömungsverhältnisse kann die Lanze bevorzugt in Richtung der Vertikalachse verschiebbar sein.
Um abhängig von der Qualität der Edukte die Flammentemperatur im Brennraum in einem gewünschten Bereich zwischen etwa 1500°C und etwa 1700°C zu halten, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt dahingehend weitergebildet sein, dass die Aufgabevorrichtung an ihrem der Brennkammer zugewandten Ende von einer Ringdüse zur Abgabe von Wasser umgeben ist, wobei bevorzugt ein Pyrometer in die Brennkammer gerichtet ist, um die Abgabe von Wasser durch die Ringdüse basierend auf Messdaten des Pyrometers zu steuern. Die Abgabe von Wasser in diesem Bereich reduziert die Flammentemperatur und verbessert gleichzeitig den Wärmeübergang der Wärme der Flamme auf die Edukte und kann daher die Aufarbeitung der Edukte positiv beeinflussen. Die Wasserabgabe durch die Ringdüse erfolgt bevorzugt abhängig von Messdaten eines Pyrometers, welches bevorzugt durch das innere Lanzenrohr gerichtet ist, um die Flammentemperatur zu messen. Der Wasserbedarf ist abhängig von den Edukteigenschaften.
Die durch die Verbrennung der in der Wirbelkammer der Aufgabevorrichtung dispergierten Eduktpartikel gebildete Phosphatschlackenschmelze sammelt sich, wie bereits erwähnt, am Boden der Brennkammer in einem als Schmelzgefäß ausgebildeten Schlackensumpf und kann dort abgezogen werden.
In der Folge kann die Phosphatschlackenschmelze beispielsweise lediglich rasch gekühlt werden, um ein amorphes, zementgängiges Bindemittel für hydraulische Zemente zu erhalten. Alternativ kann die Phosphatschlackenschmelze mit anderen Verfahren zur Gewinnung von elementarem Phosphor weiterverarbeitet werden.
Um die Phosphatschlackenschmelze ohne großen apparativen Aufwand abstechen zu können, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Schlackensumpf eine das Feuerfestmaterial sowie das Gehäuse des Brennraums durchsetzende Abstichöffnung aufweist, wobei im Bereich der Abstichöffnung eine Heizvorrichtung zum Beheizen des Feuerfestmaterials im Bereich der Abstichöffnung angeordnet ist. Wenn die Heizvorrichtung im Bereich der Abstichöffnung nicht in Betrieb gesetzt wird, friert bei entsprechender Länge der Abstichöffnung die Phosphatschlackenschmelze in der Abstichöffnung zu und verschließt auf diese Weise die Öffnung. Wenn die Heizvorrichtung in Betrieb gesetzt wird, wird die Temperatur in der Abstichöffnung geeignet erhöht, sodass die Phosphatschlackenschmelze in der Abstichöffnung flüssig wird und die Phosphatschlackenschmelze somit durch die Abstichöffnung fließen kann. Diese Art des Verschlusses des Schlackensumpfes findet ohne temperaturempfindliche Einbauten das Auslangen und kann daher über eine lange Standzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zuverlässig betrieben werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Heizeinrichtung sieht vor, dass die Heizeinrichtung von einer Induktionsvorrichtung und einem an die Induktionsvorrichtung induktiv ankoppelbaren Suszeptor, bevorzugt in Form eines Graphit-Hohlzylinders, gebildet ist.
Um den Wärmedurchgang im Bereich der Heizeinrichtung zu optimieren, kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass das Feuerfestmaterial im Bereich der Abstichöffnung Korund-haltig ist. Korund-haltige Feuerfestmaterialien weisen gegenüber herkömmlichen Feuerfestmaterialien einen erhöhten Wärmedurchgang auf und leiten daher die Wärme der Heizeinrichtung schneller zur Abstichöffnung weiter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Abzugsvorrichtung als an die Brennkammer anschließendes Steigrohr mit einer Zuführvorrichtung für einen Kalkträger, bevorzugt für staubförmiges Kalziumcarbonat ausgebildet. Das Steigrohr ragt somit neben der Aufgabevorrichtung von der Brennkammer auf und die heißen Abgase der Aufarbeitung der Edukte steigen entweder ohne Zutun in dem Steigrohr auf oder es wird ein Saugzug auf der kalten Seite des Steigrohrs erzeugt. Beim Aufarbeiten der Eisenoxid haltigen und Phosphat-haltigen Edukte entsteht unvermeidbar neben der gewünschten Phosphatschlackenschmelze auch P2O5, welches gasförmig im Steigrohr aufsteigt und ein großes Problem bei der Entsorgung des Abgases darstellen würde. Aus diesem Grund ist im Steigrohr eine Zuführvorrichtung für einen Kalkträger, bevorzugt für staubförmiges Kalziumcarbonat vorgesehen. Das P2O5 wird durch den an dieser Stelle zugegebenen Kalk zu thermostabilen Kalziumphosphaten umgesetzt. Eine mögliche Reaktionsgleichung für diesen Prozess kann wie folgt angegeben werden:
CaC03 -> CaO + C02 CaO + P205 -> Ca3 (P04 ) 2 Dieser Kalzinationsvorgang ist endotherm und kühlt daher das Prozessgas ab. Das so gebildete Ca3(PC>4)2 ist thermisch stabil und kann daher den Edukten rückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass eine Abscheidevorrichtung für das Abscheiden von Feststoffpartikeln aus dem Produktgasstrom, bevorzugt in Form eines Zyklonabscheiders, an die Abzugsvorrichtung anschließt. Weiters ist es bevorzugt vorgesehen, dass Rückführmittel für in der Abscheidevorrichtung anfallende Feststoffpartikel in die Förderschnecke oder in einen der Förderschnecke vorgelagerten Mischer für die Edukte vorgesehen sind.
Der Kalkträger, bevorzugt das staubförmige Kalziumcarbonat kann bevorzugt auch bereits mit Edukt vermischt werden, bevor die Edukte der Aufgabevorrichtung aufgegeben werden, um das P2O5 aus der Gasphase zu eliminieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung der Aufgabevorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Teilschnittdarstellungen unterschiedlicher Bereiche der Wirbelkammer, Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Gaseinlasses gemäß der vorliegenden Erfindung, Figur 4 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaseinlässe und deren Anordnung an der Aufgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Figuren 5a bis 5c Darstellungen der Funktionsweise der Gaseinlässe der Figur 4 und Figur 6 eine Schnittdarstellung des Schmelzesumpfes der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Abstichöffnung.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufarbeiten von Eisenoxid-haltigen und Phosphat-haltigen Edukten, insbesondere von Abfallstoffen wie Klärschlamm, Trockenklärschlamm, Klärschlammasche, Tiermehl und/oder Knochenmehl mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 umfasst eine mit einem Feuerfestmaterial ausgekleidete Brennkammer 2, eine an die Brennkammer 2 angeschlossene Aufgabevorrichtung 3 für die Edukte, einen Schlackensumpf 4 an einem unteren Ende 2a der Brennkammer 2 und eine Abzugsvorrichtung 5 zum Abziehen von Produktgasen aus der Brennkammer 2. Die Aufgabevorrichtung 3 umfasst weiters eine entlang einer Vertikalachse 6 angeordnete Wirbelkammer 7, die in einem Gehäuse 8 angeordnet ist. Die Edukte werden an einem Aufgabeende 9 der Aufgabevorrichtung 3 aufgegeben. In der Wirbelkammer 7 erfolgt eine gründliche Verwirbelung und Dispergierung der Eduktpartikel, die in der Folge in der Brennkammer 2 gezündet und dort verbrannt werden. Hierbei wird eine Phosphatschlackenschmelze 4 gebildet, die sich am Boden der Brennkammer 2 an dem unteren Ende 2a sammelt und von dort abgestochen werden kann. Prozessabgas gelangt in die als Steigrohr 5a ausgebildete Abzugsvorrichtung 5 und steigt dort auf, um in einer Abscheidevorrichtung 10 von Feststoffpartikeln getrennt zu werden. Die
Abscheidevorrichtung 10 weist bevorzugt einen Zyklonabscheider 11 auf, aus dem über eine Zellradschleuse 12 und nicht näher dargestellte Rückführmittel 13 Kalziumphosphate, wie beispielsweise CasiPCh^/ zum Aufgabeende 9 der
Aufgabevorrichtung 3 rückgeführt werden können. Die genannten Kalziumphosphate stammen von einem Kalzinierungsprozess, bei dem P2O5 im Prozessgasstrom über eine schematisch dargestellte Zuführvorrichtung 14 CaCCh zugeführt wird. Das CaCCü dissoziiert im heißen Prozessgas zu CaO und CO2 und das CaO bildet zusammen mit dem P2O5 Ca3(P04)2· An den Zyklonabscheider 11 schließt zur Kühlung des ungefähr 700°C heißen Prozessgases, welches im Wesentlichen aus CO und H2 besteht, ein Wärmetauscher 51 und ein mit einem Sauggebläse 52 versehener Staubfilter 53 an, sodass die Feinstaubfraktion aus dem Prozessgas mehr oder weniger vollständig eliminiert werden kann. Das Prozessgas aus dem Sauggebläse 52 kann dann in an sich bekannter Weise einer Gasverwertung zugeführt werden. Der Feinstaub aus dem Staubfilter 53 kann den Edukten rückgeführt oder der Nichteisenmetallurgie zugeführt werden.
In Figur 2 und Figur 3 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Figur 2 ist die Aufgabevorrichtung 3 detailreicher dargestellt und es ist zu erkennen, dass in einem Bereich axial oberhalb eines Gaseinlasses 15 eine in einem mit Löchern 16 versehenen Siebrohr 17 angeordnete Förderschnecke 18 für die Edukte 19 die Wirbelkammer 7 durchquert. Das bedeutet, dass die Förderschnecke 18 nicht in der Wirbelkammer 7 endet, sondern dass diese die Wirbelkammer 7 vollständig durchsetzt und die Edukte 19 werden ausschließlich durch die Löcher 16 im Siebrohr 17 in die Wirbelkammer 7 abgegeben. Direkt nach dem Durchtritt durch die Löcher 16 werden die Eduktpartikel vom Gasstrom aus dem Gaseinlass 15 erfasst und entsprechend verwirbelt. Der Gaseinlass 15 wird von einer Ringleitung 20 gespeist und es können mehrere Gaseinlässe 15 um den Umfang der Wirbelkammer 7 angeordnet sein. Überkorn aus der Förderschnecke 18, welches nicht durch die Löcher 16 treten konnte, wird über eine Zellradschleuse 21 eines Auffangbehälters 22 ausgetragen und nach entsprechender Zerkleinerung wieder in die Förderschnecke 18 eingebracht. Der Gaseinlass 15 ist von einem parallel zur Vertikalachse 6 verlaufenden, beidseitig verschlossenen und an seiner Mantelfläche 23 parallel zur Vertikalachse geschlitzten ersten Rohr 24 gebildet. Aus dem Schlitz 25 tritt der Gasstrom zur Verwirbelung der Eduktpartikel 19 aus und wenn, wie dies in dem teilweisen Schnitt A auf der rechten Seite der Darstellung der Wirbelkammer 7 dargestellt ist, der Gasaustritt tangential erfolgt, bildet sich ein rotierender Gas- und Eduktpartikelstrom in der Wirbelkammer 7 aus.
In der Wirbelkammer 7 ist entlang der Vertikalachse 6 eine Lanze 26 zum Ausstößen eines sauerstoffhaltigen Gases angeordnet. Die Lanze 26 ist als Doppelrohr ausgebildet. Die Lanze 26 ist in Richtung der Vertikalachse 6 verschiebbar, wie dies durch den Doppelpfeil 27 angedeutet ist. Die Lanze 26 weist ein äußeres Lanzenrohr 28 und ein inneres Lanzenrohr 29 auf, sodass ein Ringspalt 30 gebildet wird, durch den ein Sauerstoff-Primärgasstrom in die Wirbelkammer 7 eingebracht wird. Der Primärgasstrom tritt am unteren Ende 30a durch eine Mehrzahl von Löchern 31 aus und führt zu einer weiteren Verwirbelung des Prozessgasstroms, wie dies im teilweisen Schnitt B auf der linken Seite der Darstellung der Wirbelkammer 7 dargestellt ist. Am unteren Ende der Aufgabevorrichtung 3 konvergiert diese zu einer Düse 32, um den Gasstrom zusammen mit den Eduktpartikeln in die Brennkammer 2 auszustoßen und die Eduktpartikel dort zu zünden. Die Aufgabevorrichtung 3 ist an ihrem der Brennkammer 2 zugewandten Ende 3a von einer Ringdüse 33 zur Abgabe von Wasser umgeben.
In Figur 3 ist ein Gaseinlass 15 im Schnitt dargestellt und es ist zu erkennen, dass die Mantelfläche 23 des ersten Rohrs 24 einen Schlitz 25 aufweist. In dem ersten Rohr 24 ist ein zweites Rohr 34 mit einem Schlitz 35 koaxial und drehbar zum ersten Rohr 24 angeordnet. Durch Verdrehen des zweiten Rohrs 34 im ersten Rohr 24 im Sinne des Doppelpfeils 38 kann die für den Gasdurchtritt effektive Größe des Schlitzes 25 eingestellt werden und durch Drehen des ersten Rohrs 2 im Sinne des Doppelpfeils 39 kann der Winkel eingestellt werden, unter dem das Gas in die Wirbelkammer 7 tritt. Anschläge 36 und 37 begrenzen die Verdrehung des zweiten Rohrs 34 relativ zum ersten Rohr 24. Durch das Verdrehen des zweiten Rohrs 34 im ersten Rohr 24 im Sinne des Doppelpfeils 38 kann somit eine Düsenwirkung erzielt werden, durch die die Gasaustritts- Geschwindigkeit beeinflusst werden kann.
In Figur 4 sind die Gaseinlässe 15 jeweils von zwei das Gehäuse 8 der Wirbelkammer 7 parallel zur Vertikalachse 6 durchsetzenden und zueinander geneigten Platten 40 gebildet. Dadurch bildet sich jeweils ein Spalt 41 aus, durch den der Gasaustritt in das Innere der Wirbelkammer 7 erfolgt. Die Gaseinlässe 15 sind wiederum von einer Ringleitung 20 mit Gas versorgt und können je nach Bedarf durch Ventile 42 von der Ringleitung abgetrennt werden.
Durch Verschieben der Platten 40 in das Innere der Wirbelkammer 7 im Sinne der Doppelpfeile 43 kann die Breite a des Spalts 42 jeweils eingestellt werden, wie dies in Figur 5a zu erkennen ist.
Wenn nun die Platten 41, die beispielsweise aus Stahlband gebildet sind, nicht in gleichem Ausmaß verschoben werden, sondern beispielsweise, wie in Figur 5b dargestellt, die linke Platte 40a in das Innere verschoben wird und die rechte Platte 40b zurückgezogen wird, so ergibt sich einerseits ebenfalls ein Spalt der Breite a, allerdings ist die Austrittsrichtung des Gasstroms, der durch den Gaseinlass 15 tritt, nach rechts gerichtet. Auf diese Weise kann die Verdrallung der eingestoßenen Gasströme je nach Bedarf eingestellt werden. In Figur 5c schließlich ist zu erkennen, dass die Platten 40a und 40b um eine in der Plattenebene angeordnete Achse 44 um ein Drehgelenke 45 verschwenkbar ist. Dies gestattet eine weitere Beeinflussung des Austritts des Gasstroms aus dem Gaseinlass 15.
Der Schlackensumpf 4 kann über eine das Feuerfestmaterial 46 sowie das Gehäuse 54 des Brennraums 2 durchsetzende Abstichöffnung 47 abgestochen werden. Im Bereich der Abstichöffnung 47 ist eine Heizvorrichtung 48 zum Beheizen des Feuerfestmaterials 46 im Bereich der Abstichöffnung 47 angeordnet. Die Heizeinrichtung 48 ist hierbei von einer Induktionsvorrichtung 49 und einem neben der
Induktionsvorrichtung 49 angeordneten Suszeptor 50 gebildet, wobei der Suszeptor 50 in Form eines Graphit-Hohlzylinders ausgebildet ist. Im Bereich der Abstichöffnung 47 ist das Feuerfestmaterial 46 Korund-haltig.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung (1) zum Aufarbeiten von Eisenoxid-haltigen und Phosphat-haltigen Edukten, insbesondere von Abfallstoffen wie Klärschlamm, Trockenklärschlamm, Klärschlammasche,
Tiermehl und/oder Knochenmehl sowie von phosphathaltigen metallurgischen Schlacken und Stäuben und Walzwerkszunder, umfassend eine mit einem Feuerfestmaterial (46) ausgekleidete Brennkammer (2), eine an die Brennkammer (2) angeschlossene Aufgabevorrichtung (3) für die Edukte, einen Schlackensumpf
(4) an einem unteren Ende (2a) der Brennkammer (2) und eine Abzugsvorrichtung (5) zum Abziehen von Produktgasen aus der Brennkammer (2), wobei die Aufgabevorrichtung (3) eine entlang einer Vertikalachse (6) angeordnete Wirbelkammer (7) mit zumindest einem ein Gehäuse (8) der Wirbelkammer (7) durchsetzenden und in die Wirbelkammer (7) mündenden Gaseinlass (15) umfasst, wobei in der Wirbelkammer (7) entlang der Vertikalachse (6) eine Lanze (26) zum Ausstößen eines sauerstoffhaltigen Gases angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich axial oberhalb des zumindest einen Gaseinlasses (15) eine in einem mit Löchern
(16) versehenen Siebrohr (17) angeordnete Förderschnecke (18) für die Edukte die Wirbelkammer (7) durchsetzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (16) im Siebrohr (17) einen Durchmesser von 1,5 mm bis 0,5 mm, bevorzugt von 1,25 mm bis 0,75 mm und insbesondere bevorzugt von 1,0 mm aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Austragsende der Förderschnecke (18) ein
Auffangbehälter (22) für Eduktpartikel angeordnet ist und bevorzugt Rückführungsmittel für Eduktpartikel aus dem Auffangbehälter (22) in eine der Förderschnecke (18) vorgelagerte und mit der Förderschnecke (18) verbundene Zerkleinerungsvorrichtung vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gaseinlass (15) von zwei das Gehäuse (8) der Wirbelkammer (7) parallel zur Vertikalachse (6) durchsetzenden und zueinander geneigten Platten (40, 40a, 40b) besteht, wobei die Platten (40, 40a, 40b) unabhängig voneinander in das Innere der Wirbelkammer (7) verschiebbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Platten (40, 40a, 40b), bevorzugt beide Platten (40, 40a, 40b) um eine in der Plattenebene angeordnete Achse (44) verschwenkbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gaseinlass (15) von einem parallel zur Vertikalachse (6) verlaufenden, beidseitig verschlossenen und an seiner Mantelfläche (23) parallel zur Vertikalachse (6) geschlitzten ersten Rohr (24) gebildet ist, welches erste Rohr (24) das Gehäuse (8) der Wirbelkammer (7) durchsetzt, wobei das erste Rohr (24) bevorzugt drehbar am Gehäuse (8) gelagert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Rohr (24) ein parallel zur Vertikalachse (6) geschlitztes zweites (34) Rohr koaxial mit dem ersten Rohr (24) angeordnet ist, wobei das zweite (34) Rohr drehbar zum ersten Rohr ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (26) als Doppelrohr unter Ausbildung eines Ringspalts (30) zwischen einem inneren Lanzenrohr (29) und einem äußeren Lanzenrohr (28) ausgebildet ist, wobei das äußere Rohr (28) an seinem von der Förderschnecke (18) abgewandten Ende am inneren Rohr (29) anliegt und eine Mehrzahl von Löchern (31) für den Durchtritt eines Gases, bevorzugt Sauerstoff, aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (31) zu einer radialen Richtung der Wirbelkammer (7) geneigt ausgerichtet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (26) in Richtung der Vertikalachse (6) verschiebbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabevorrichtung (3) an ihrem der Brennkammer (2) zugewandten Ende (3a) von einer Ringdüse (33) zur Abgabe von Wasser umgeben ist, wobei bevorzugt ein Pyrometer in die Brennkammer (7) gerichtet ist, um die Abgabe von Wasser durch die Ringdüse (33) basierend auf Messdaten des Pyrometers zu steuern.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlackensumpf (4) eine das Feuerfestmaterial (46) sowie das Gehäuse (54) des Brennraums (2) durchsetzende Abstichöffnung (47) aufweist, wobei im Bereich der Abstichöffnung (47) eine Heizvorrichtung (48) zum Beheizen des Feuerfestmaterials (46) im Bereich der Abstichöffnung (47) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (48) von einer Induktionsvorrichtung (49) und einem an die Induktionsvorrichtung (49) induktiv ankoppelbaren Suszeptor (50), bevorzugt in Form eines Graphit- Hohlzylinders, gebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuerfestmaterial (46) im Bereich der Abstichöffnung (47) Korund-haltig ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugsvorrichtung (5) als an die Brennkammer (2) anschließendes Steigrohr (5a) mit einer Zuführvorrichtung (14) für einen Kalkträger, bevorzugt für staubförmiges Kalziumcarbonat ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abscheidevorrichtung (10) für das Abscheiden von Feststoffpartikeln aus dem Produktgasstrom, bevorzugt in Form eines Zyklonabscheiders (11), an die Abzugsvorrichtung (5) anschließt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Rückführmittel (13) für in der Abscheidevorrichtung (10) anfallende Feststoffpartikel in die Förderschnecke (18) oder in einen der Förderschnecke (18) vorgelagerten Mischer für die Edukte vorgesehen sind.
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