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WO1993017280A1 - Verfahren zum einschmelzen von verbrennungsrückständen in schlacke - Google Patents

Verfahren zum einschmelzen von verbrennungsrückständen in schlacke Download PDF

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WO1993017280A1
WO1993017280A1 PCT/CH1993/000035 CH9300035W WO9317280A1 WO 1993017280 A1 WO1993017280 A1 WO 1993017280A1 CH 9300035 W CH9300035 W CH 9300035W WO 9317280 A1 WO9317280 A1 WO 9317280A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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temperature
slag
combustion
gases
air
Prior art date
Application number
PCT/CH1993/000035
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Künstler
Original Assignee
Kuenstler Hans
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuenstler Hans filed Critical Kuenstler Hans
Priority to EP93902029A priority Critical patent/EP0581918B1/de
Priority to JP5514420A priority patent/JPH06507232A/ja
Priority to DE59309121T priority patent/DE59309121D1/de
Publication of WO1993017280A1 publication Critical patent/WO1993017280A1/de
Priority to US08/580,960 priority patent/US6199492B1/en

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F23G5/0276—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using direct heating
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    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/006—General arrangement of incineration plant, e.g. flow sheets
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    • F23G2202/10—Combustion in two or more stages
    • F23G2202/101—Combustion in two or more stages with controlled oxidant supply
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/10—Combustion in two or more stages
    • F23G2202/104—Combustion in two or more stages with ash melting stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2203/00—Furnace arrangements
    • F23G2203/20—Rotary drum furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00—Waste heat recuperation
    • F23G2206/10—Waste heat recuperation reintroducing the heat in the same process, e.g. for predrying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/00001—Exhaust gas recirculation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for degassing, gasifying, burning and melting down waste and melting down solid residues, for example from domestic waste incineration plants, using waste as an energy source.
  • the aim of the invention is to contribute to the relief of the environment. Its task is to specify a process for the effective inerting of slag, fly dusts, kettle ash and similar toxic substances and to create a device with which this process can be carried out.
  • the material which is condensed and binds environmentally harmful substances in accordance with the inventive process is said to have a landfill form which is harmless to the environment (for example as a TVA inert residue according to the Swiss requirements of the Technical Ordinance for Waste) or is to be used instead of being disposed of for a useful purpose can.
  • slags, dusts and boiler ash can be melted down solely by the energy content of the waste.
  • the heavy metal compounds are immobilized, the glow loss is reduced to a minimum, the organic hydrocarbon compounds are reduced below the current detection limit and the specific volumes are greatly reduced.
  • the basic idea of the invention is that instead of a complete incineration of waste, as has been sought up to now, only a substoichiometric carbonization of the process material is carried out beforehand in a low-temperature unit and then using the sulfurized materials or gases obtained in a high-temperature unit, complete combustion (for example in a rotary kiln) is carried out with subsequent slag liquefaction.
  • the material remaining from the charring contains more combustion energy than the usual, burned-out residues and can be fed to a slag liquefaction process in the high-temperature unit, for example a rotary kiln. Part or all of the energy obtained by the gasification can be supplied to the slag liquefaction in gas form, so that the process can be controlled or regulated in a relatively simple manner.
  • the end product of the process is a completely burned-out, liquefied slag that can be solidified in any form.
  • Figure 1 shows schematically an overall system according to the invention, the waste-operated reactor with boiler and flue gas cleaning. The inventive method and also the essential parts of a device according to the invention can be discussed in this reactor.
  • FIG. 2 shows the temperature profile in the reactor, measured in a test facility.
  • FIG. 3 shows a diagram of the course, for example, of an addition of foreign matter for melting into the slag, here it is recirculated filter dust from our own plant, but it can also be foreign matter from other plants.
  • FIG. 4 shows an example of the composition of the residual materials from a ton of waste (Vehlow literature).
  • the reactor according to FIG. 1 is constructed using tried and tested plant components available on the market. In terms of process engineering, the components are coupled and connected in series so that the desired process can be carried out.
  • the reactor points in the process direction, that is from left to right, the essential parts of the device: a feed point 1, for receiving the process material with devices for placing it on the smoldering grate (for example a feed grate); a generator 2 in which, with a u ⁇ terstoichiometric air supply, garbage garbage as an energy source or is gassed;
  • the following essential equipment parts are present: a feed grate 3, nozzles 4 and addition devices 5 and 6; then follows a rotary kiln 7 with a gas / air hood 8, for the combustion of the generated generator gases and for the burning out and melting of the slag; this is followed by an afterburning chamber 9 with an addition device 10, for example air supply for lingering and afterburning still combustible parts and then an empty draft for the flue gases to be discharged
  • the waste is conveyed to a feed grate via a feed device in a generator. Partial degassing and gasification and partial combustion take place here in a substoichiometric environment.
  • the garbage is soaked and preheated. Since the processes in the generator (grate), in contrast to the most widespread grate systems, with much smaller amounts of air, especially with a smaller amount of underwind resp. smaller (substoichiometric) excess air, much less so-called "hot combustion nests" (hot spots) are formed in the micro or local area. This causes a strong reduction in NOx emissions (probably 50% -70%).
  • the rotary kiln is connected to the generator for melting its own and foreign substances into the slag.
  • a transition of the generator to the rotary tube is well distributed into the air under controlled conditions Rotating tube injected.
  • foreign matter, recirculated dusts, dusts and slag from other plants and so on can also be abandoned.
  • a combustion of the carbonization gases generated in the generator and a burnout of the solid feed material then occur.
  • the temperature in the rotary tube is raised above the slag melting point and the entire solids (self-slag and foreign substances) are liquefied.
  • the circulation of the slag in the rotary tube leads to thorough mixing, homogenization and good burnout.
  • the slag flows out of the slightly inclined rotary tube into a pre-cooler and then into a detoxifier.
  • the reactor can be equipped with the gas cleaning components currently on the market, such as dust filters, laundry, denox and dioxin separation.
  • these components can be designed for * significantly lower gas volume flows compared to conventional waste incineration plants. Since the final temperatures of the combustion process are lower in a standard system than in the process discussed here, correspondingly larger gas volumes result. For this reason, in the method according to the invention Efficiency of the plant higher than with conventional waste incineration plants.
  • Plants of this size cannot simply be set up on a trial basis or existing plants can be converted on a trial basis.
  • the trials were not pre-sorted and shredded for the trials. In any case, it would make sense to separate certain fractions such as metals.
  • the filter dust was added as recirculate via a specially made, water-cooled lock construction, which was attached close to the rotary tube (feed point 6, FIG. 1).
  • the filter dust was introduced into the system in batches. During a certain period, an average of about 10%, later 20% of the amount of waste given during the main test was put into the plant and melted down (see FIG. 3).
  • FIG. 6 roughly shows the composition of the amount of residual material when 1 ton of waste is incinerated.
  • the concentration of the most important exhaust gas emitters was determined in addition to the regular measurements on the system in addition to the temperatures and moisture contents.
  • the dust concentration in the raw gas after the boiler which in normal operation is in the middle of the usual range, increased somewhat during the test phase. This is due to an increased waste task due to poor control options.
  • the clean gas meets the requirements of the TVA of the 17th BImSchV.
  • the nitrogen oxide or NOx emissions during the test with filter dust additives were 2.5 times lower than in normal operation and below the regulation in Switzerland.
  • the average daily value reached was approx. 141 mg / m 3 n based on 11% 0 2 .
  • the sulfur oxide or SOx concentration in the clean gas rose during the experiment. This is probably due to the temperature-related decomposition of metal sulfates.
  • the method according to the invention discussed here offers the possibility of melting slags, ashes and fly dusts without the supply of energy from the outside. As the eluate tests show, heavy metal compounds are practically insoluble in the slag. The molten slag also has a very low loss of ignition, and the dioxin values are not below the detection limits. In contrast to other processes, the melt does not only take place without external energy supply; it is even expected to be more efficient than conventional incinerators. The system offers the possibility of discharging waste incineration residues in an environmentally friendly manner and reducing the costs of disposal.
  • the diagram in FIG. 2 shows the temperature profile measured in the test in the reactor.
  • the temperature control is reduced to lower temperatures in order to lower it completely in a subsequent boiler group for the purpose of heat recuperation and recirculation.
  • the solid line shows the thermal course of a theoretical (ideal) combustion and the dashed line shows the temperature course of the system in standard operation. The course shown with dots shows the melting operation.
  • FIGS. 3 and 4 Two flow diagrams are shown in FIGS. 3 and 4, which, based on the process, essentially show the mass flow and the associated energy flow. It is clear that these diagrams with absolute numbers indicate a very specific course and composition, which depends on the plant and combustion material, but essentially show the effectiveness of the method according to the invention. Discussion:
  • the reactor presented here essentially consists of a combination of a closed gas generation generator 2 with a mechanical feed grate 3 and a downstream rotary kiln 7 and a plurality of process-engaging connections (for example additions, recirculation etc.).
  • the usual flue gas cleaners and a device for discharging the liquid slag are connected downstream. From these modules, process-engaging returns (feedbacks) lead back to the generator / rotary tube group.
  • the process path begins at entry 1, into which solid and liquid waste RG, additives AD, recycled rust diarrhea RD and foreign matter FR (for example slag from other domestic waste incineration plants for melting) are introduced. These substances reach the moving grate 3, where they are smeared but not gasified with the addition of other substances such as rust air RL, vapors BR, smoldering air VL, foreign substances FR and oxygen-containing gases 02. This is achieved by blowing in a substoichiometric amount of rust air RL very slowly after being heated by the grate. Recirculated flue gas RR, vapor BR and smoldering air VL can be added through a plurality of air nozzles 4.
  • the solid residues boiler ash KA and filter dusts FS as recirculation RZ or from domestic waste incineration plants as foreign matter FR can be added to the plant close to the rotary tube and melted with the residues of the generator.
  • Such foreign substances and residues can also be added as dietary fiber for the targeted change in the composition of the carbonization material as soon as it is introduced.
  • an immobilization of their pollutants, in particular the heavy metals is achieved.
  • the A 1 '-.. "Tung on the side walls of the Genera ⁇ tors addition points 4 for feeding ⁇ > ..
  • combustion air VL, vapors BR or recirculated flue gas RR In the area of transition from the grate firing capture zone to the rotary tube is a plant 6 is provided, which is used to add a preheated gas / air mixture from the area of a (provided) hood 8 above the rotary tube, and of combustion air VL, vapor BR or oxygen 02.
  • afterburner 9 is after the rotary tube a further system 10 for adding combustion air VL or vapors BR is provided, as well as minimizing the heat losses, in particular in the rotary tube operated with negative pressure, which practically always has leaks, with the consequent and targeted return of unprocessed , Energy-containing substances and thermal energy, a very high process yield can be achieved.
  • boiler 5 KA and filter dusts FS from the company's own plant or from external incineration plants FR can also be added via the device 5. An addition is advisable at this point so that the dust does not from the generator air guided through the grate are immediately discharged into the flue gas.
  • the preheated and partially degassed solid residues of the generator get into the rotary tube.
  • the air VL, 02 introduced in the area of the transition from the generator to the rotary tube causes the generator gases to burn in the rotary tube.
  • the temperature reached in the rotary tube leads to a complete burnout and to the melting of the solid reaction products, which are melted away from the rotary tube.
  • the melting process destroys all organic compounds at a temperature of 1300 ° C - 1400 ° C and heavy metals are permanently integrated into the glass structure of the slag.
  • the glazed slag only releases little of the bound heavy metals on the surface.
  • the afterburning chamber 9 behind the rotary tube there can be a supply of combustion air VL or vapors.
  • the combustion air leads to the final combustion of the combustible substances of the flue gas as well as the temperature control of the flue gases.
  • Thermal energy can be obtained from the boiler group 11 after the afterburning chamber by utilizing the energy content of the flue gases in the form of steam (electricity) and district heating.
  • FIG. 2 now shows the approximate temperature profile of the process in the reactor.
  • the process begins with task 1, where the temperature is still that of the environment. Seen in the process direction, in the generator at the beginning of the grate, the temperature is a few 100 ° C and increases with increasing swelling (gasification) at the end of the grate to about 1000 ° C, but without forming significant heat spots or hot spots.
  • the temperature of the swelling is controlled by the targeted addition of rust air RL under the grate and by the addition of vapors BR and / or smoldering air VL.
  • the temperature rises quickly through ignition of the carbonization gases to the high temperature range between 1200 ° C and 140Q ° C. Burning out and melting take place at this temperature.
  • the temperature remains essentially the same due to the action of further supplied combustion air and then gradually drops again in the direction of the low temperature range to 1100 ° C. by the targeted addition of further (cooling) combustion air VL and / or vapors BR.
  • the flue gases are cooled to 200 ° C. in the boiler 11.
  • FIG. 3 shows a diagram for the addition of filter dust within the test series, which was briefly discussed above. For a little over two hours, the fractions were added in two proportions: initially about 10% based on the amount of rubbish, then about 20%. With automated addition, the task can be staggered in finer steps.

Landscapes

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Abstract

Statt einer vollständigen Verbrennung von Abfällen, wie sie bislang angestrebt wurde, wird zuerst in einer Niedertemperatur-Einheit (2) nur eine Verschwelung des Prozessgutes durchgeführt und anschliessend unter Mitverwendung von Schwelstoffen bzw. -gasen in einer Hochtemperatur-Einheit (7) die zur Aufschmelzung der Schlacke und zur vollständigen Verbrennung nötige Temperatur zu erreichen. Auf diese Weise können Fremdstoffe (Schwermetalle) in die Schlacke aufgenommen und darin dauerhaft gebunden werden. Apparativ wird die ursprüngliche, klassische Verbrennungszone durch einen Generator zur Erzeugung von brennbaren Schwel-Gasen ersetzt, so dass an Stelle einer Verbrennung lediglich eine Vergasung des aufgetragenen Gutes stattfindet. Die Vergasung bzw. Verschwelung kann beliebig gesteuert werden. Das aus der Verschwelung zurückbleibende Gut (Rückstände) enthält mehr Verbrennungs-Energie als die üblichen, ausgebrannten Rückstände und kann nun einem Schlackenverflüssigungsprozess in der Hochtemperatur-Einheit, hier wird ein Drehrohr vorgeschlagen, zugeführt werden. Das Endprodukt ist eine völlig ausgebrannte, verflüssigte Schlacke, die in beliebiger Form erstarrt gelassen werden kann.

Description

VERFAHREN ZUM EINSCHMELZEN VON VERBRENNUNGSRÜCKSTÄNDEN IN SCHLACKE
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ent¬ gasen, Vergasen, Verbrennen und Einschmelzen von Abfällen sowie Ein¬ schmelzen von festen Reststoffen bspw. aus Hausmüllverbrennungsanlagen unter Verwendung von Müll als Energieträger.
Die Flugasche, Filterkuchen und Schlacke aus herkömmlichen Müllverbren¬ nungsanlagen beinhaltet heute neben unverbranntem Kohlenstoff auswasch¬ bare Schwermetallverbindungen und organische Kohlenwasserstoffe. Die Ge- setzgebung geht weltweit nun immer mehr dazu über, markante Reduktionen der Menge solcher Schadstoffe (in relativ kurzer Zeit) vorzuschreiben, um so das öko-toxische Potential der Schlacken abzubauen und eine sichere Lage¬ rung und/oder Weiterverwertung zu ermöglichen. Parallel dazu werden die Anforderungen an die sonstigen festen Rückstände (Flugstäube und RGR- Rückstände) ebenso verschärft; Rückstände, die nicht mehr verwertet werden können, sollten zu möglichst inerten Reststoffen aufbereitet werden können.
In der Regel versucht man heute durch Volumenverringerung zumindest dem räumlichen Ausmass der nichtverwertbaren Bestandteile, das ist der schliess- liehe Rest der ganzen Bemühung, zu begegnen, um unvermeidbare Reststoff¬ deponien so klein wie möglich zu halten. Bei hochtoxischen Rückständen ist eine raumi tensive, umweltsichere Reststoffdeponie sehr teuer, insbesondere dann, wenn gesetzlichen Auflagen bezüglich langfristiger Sicherheit nachge- kommen werden muss.
In den gebräuchlichen Rostfeuerungsanlagen für Hausmüll ist es bislang nicht möglich, die Verbrennung mit einer so hohen Temperatur durchzuführen, abgesehen von. unerwünschten örtlichen. Erhitzungen, dass während der Ver¬ brennung auch ein prozessmässiges Einschmelzen der Verbrennungsschlacke zur dauerhaften Einbindung von Schwermetallen und Ausbrennen von organi¬ schen, zum Teil hochtoxischen Verbindungen erfolgen könnte. Es würden nach heutiger Erfahrung bei einer Schlackenverflüssigung während der Ver- brennung die Roste verkleben oder die verflüssigte Schlacke würde durch die Rostspalten fliessen. Mit anderen Worten, weder der heute bekannt Verbren- nungsprozess noch die im Dienst stehenden Anlagen eignen sich für solch ein Vorgehen. In den wenigen Anlagen, die aus einer Kombination von Rostfeue¬ rung und Drehrohrofen bestehen, ist ein Einschmelzen der Schlacken bislang ebenfalls nicht möglich, da in der Feuerungszone üblicherweise die möglichst totale Verbrennung der Abfälle angestrebt wird und auch erfolgt und im Drehrohr somit nicht mehr genügend Verbrennungsenergie zum Einschmelzen der Schlacken zur Verfügung steht. Abgesehen davon, besitzen diese Dreh¬ rohröfen nicht die erforderlichen Eigenschaften und Einrichtungen zum Ab- zug der schmelzflüssigen Schlacke. Solche Drehrohröfen dienen aufgabenge- mäss nur dem vollständigen Ausbrennen der Schlacke. Bei der Sondermüll- Entsorgung werden die Abfälle in Sondermüll-Drehrohröfen bei sehr hohen Temperaturen mit Hilfe von Fremdenergie verbrannt. Das Problem der Schlacke ist hier sehr untergeordnet. Einen Beitrag zur Entlastung der Umwelt zu leisten, ist Ziel der Erfindung. Sie stellt sich zur Aufgabe, ein Verfahren zur wirksamen Inertierung von Schlacke, Flugstäuben, Kesselasche und ähnlichen toxischen Stoffen anzuge¬ ben und eine Einrichtung zu schaffen, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann. Das gemäss dem erfinderischen Prozess kondensierte und um¬ weltschädliche Stoffe wirksam bindende Material soll eine für die Umwelt unschädliche Deponieform (bspw. als TVA-Inertreststoff gemäss den Schwei¬ zer Anforderungen der Technischen Verordnung für Abfall) aufweisen oder statt zu deponieren einem nützlichen Zweck zugeführt werden können.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können Schlacken, Flugstäube und Kesselasche allein durch den Energiegehalt der Abfälle eingeschmolzen wer¬ den. Dabei werden die Schwermetallverbindungen immobilisiert, der Glühver- lust auf ein Minimum verringert, die organischen Kohlenwasserstoffverbindun¬ gen unter die heutige Nachweisgrenze gesenkt und die spezifischen Volumina stark verkleinert. Die grundsätzliche Idee der Erfindung besteht darin, dass statt einer vollständigen Verbrennung von Abfällen, wie sie bislang angestrebt wurde, in einer Niedertemperatur-Einheit vorgängig nur eine unterstöchiome- trische Verschwelung des Prozessgutes durchgeführt wird und anschliessend unter Verwendung der gewonnenen Schwelstoffen bzw. -gasen in einer Hoch¬ temperatur-Einheit eine vollständige Verbrennung (bspw. in einem Drehrohr¬ ofen) mit anschliessender Schlackenverflüssigung durchgeführt wird. Das aus der Verschwelung zurückbleibende Gut (Rückstände) enthält mehr Verbren- nungs-Energie als die üblichen, ausgebrannten Rückstände und kann einem Schlackenverflüssigungsprozess in der Hochtemperatur-Einheit, bspw. ein Drehrohrofen, zugeführt werden. Von der durch die Vergasung gewonnene Energie kann ein Teil oder alles der Schlackenverflüssigung in Gasform zu¬ geführt werden, sodass der Prozess auf relativ einfache Weise steuerbar oder regelbar ist. Das Endprodukt des Prozesses ist dann eine völlig ausgebrannte, verflüssigte Schlacke, die in beliebiger Form erstarrt gelassen werden kann. Figur 1 zeigt schematisch eine Gesamtanlage gemäss Erfindung, den mit Abfällen betreibbaren Reaktor mit Kessel und Rauchgasreinigung. An diesem Reaktor können das erfinderische Verfahren sowie auch die wesentlichen Teile einer Vorrichtung gemäss Erfindung disku¬ tiert werden.
Figur 2 zeigt den Temperaturverlauf im Reaktor, gemessen in einer Ver¬ suchsanlage.
Figur 3 zeigt ein Diagramm des bspw. Verlaufes einer Fremdstoffzugabe zur Einschmelzung in die Schlacke, hier ist es rezirkulierter Filter¬ staub der eigenen Anlage, es können aber auch Fremdstoffe aus anderen Anlagen sein.
Figur 4 zeigt im Diagramm eine beispielhafte Zusammensetzung der Rest¬ stoffe aus einer Tonne Abfall (Literaturangabe Vehlow).
Anhand dieser vier Figuren wird die Erfindung in ihrer Idee und in ihrer Ausführung bis zu den Details dargestellt.
Der Reaktor gemäss Figur 1 ist mit auf dem Markt erhältlichen, erprobten Anlagenkomponenten aufgebaut. Die Komponenten sind verfahrenstechnisch so gekoppelt und hintereinandergeschaltet, dass damit der gewünschte Prozess ausgeführt werden kann. Der Reaktor zeigt in Prozessrichtung, das ist von links nach rechts, die wesentlichen Vorrichtungsteile: eine Aufgabestelle 1, zur Aufnahme des Prozessgutes mit Vorrichtungen zur Aufgabe desselben auf den Verschwelungsrost (bspw. ein Vorschubrost); einen Generator 2 in welchem mit uπterstöchiometrischer Luftzufuhr Müll als Enerεieträser verschwelt bzw. vergast wird; in diesem Generator sind als wesentliche Einrichtungsteile vor¬ handen: ein Vorschubrost 3, Düsen 4 und Zugabevorrichtungen 5 und 6; dann folgt ein Drehrohrofen 7 mit einer Gas/Luftfanghaube 8, zur Verbrennung der erzeugten Generatorgase und für den Ausbrand und Aufschmelzung der Schlacke; dann folgt eine Nachbrennkammer 9 mit Zugabevorrichtung 10, bspw. Luftzufuhr zum Verweilen und Nachverbrennung noch brennbarer An¬ teile und anschliessend ein Leerzug für die abzuführenden Rauchgase, der in eine Kesselgruppe 11 zur Temperaturabsenkung und Wärmenutzung der Rauchgase führt; dann folgen ein Elektrofilter 12 und eine Rauchgasreini- gungsanlage 13 zur Reingung der Rauchgase und schliesslich das Kamin 14 zur Ableitung der gereinigten Rauchgase in die Atmosphäre. Eine ganze Anzahl mit Buchstabengruppen bezeichnete Prozesspfade greifen an verschie¬ denen Prozessstellen in den Ablauf ein, deren Bedeutung im Zusammenhang mit der Funktionsdiskussion erklärt wird.
Zunächst wird der Abfall über eine Aufgabevorrichtung in einen Generator auf einen Vorschubrost befördert. Hier finden in einem unterstöchiometri- schen Milieu eine partielle Ent- und Vergasung sowie Teilverbrennung statt. Der Müll wird also verschwelt und vorgewärmt. Da die Vorgänge im Genera¬ tor (Rost), im Gegensatz zu den meistverbreiteten Rostsystemen, bei viel kleineren Luftmengen, vor allem mit kleinerer Unterwindmenge resp. kleine¬ rem (unterstöchimetrischen) Luftüberschuss ablaufen, werden im Mikro- oder Lokalbereich viel weniger sogenannte "heisse Verbrennungsnester" (hot Spots) gebildet. Dies bewirkt eine starke Absenkung der NOx-Emissionen (vermut¬ lich 50%-70%).
An den Generator schliesst der Drehrohrofen für die Einschmelzung von Eigen- und Fremdstoffen in die Schlacke an. A Uebergang des Generators zum Drehrohr wird unter kontrollierten Verhältnissen Luft gut verteilt in das Drehrohr eingedüst. In der gleichen Region können auch die Fremdstoffe, rezirkulierte Flugstäube, Flugstäube und Schlacke fremder Anlagen und so fort aufgegeben werden. Dort entsteht dann eine Verbrennung der im Gene¬ rator erzeugten Schwelgase sowie ein Ausbrand des festen Aufgabegutes. Durch die dabei freigesetzte Energie wird die Temperatur im Drehrohr über den Schlackenschmelzpunkt erhöht, und die gesamten Feststoffe (Eigenschlak- ke und Fremdstoffe) werden verflüssigt. Die Umwälzung der Schlacke im Drehrohr führt zu einer guten Durchmischung, einer Homogenisierung und einem guten Ausbrand. Die Schlacke fliesst aus dem leicht geneigten Dreh- röhr in einen Vorkühler und danach in einen Entschlacker ab.
Zur vollständigen Verbrennung der Rauchgase wird in diese in der Nach¬ brennkammer Sekundärluft zugeführt, die während der gleichen Verweilzeit einen einwandfreien Ausbrand der Gase bewirkt. Anstelle von Sekundärluft können zusätzlich auch Rauchgase rezirkuliert oder Brüden eingedüst werden. Der Kessel des hier vorgestellten Reaktors muss auf die höheren Rauchga¬ stemperaturen dieses Verfahrens ausgelegt werden. Mittels grosser Strahlungs¬ flächen und eines langen Gasweges wird die Rauchgastemperatur bis zum ersten Konvektionsteil unter den Flugstauberweichungspunkt abgesenkt.
Nach dem Kessel kann der Reaktor mit den heute auf dem Markt befindli¬ chen Gasreinigungskomponenten wie Staubfilter, Wäsche, Denox- und Dioxin- Abscheidung ausgerüstet werden. Allerdings können diese Komponenten auf im* Vergleich zu den herkömmlichen Müllverbrennungsanlagen deutlich gerin¬ gere Gasvolumenströme ausgelegt werden. Da bei einer üblichen Standard- Anlage die Endtemperaturen des Verbrennungsprozesses tiefer liegen als beim hier diskutierten Verfahren, resultieren dementsprechend grössere Gas- mengen. Aus diesem Grund liegt beim erfindungsgemässen Verfahrens der Wirkungsgrad der Anlage höher als bei herkömmlichen Müllverbrennungs¬ anlagen.
Versuche an einer modifizierten Anlage
Anlagen dieser Grosse können nicht ohne weiteres probeweise aufgebaut oder bestehende Anlagen probeweise umgebaut werden. Es ist allerdings auch mit ein Ziel der Erfindung, das Verfahren auf die Verwendung möglichst vieler bewährter und im Handel erhältlichen Anlageteile auszurichten.
Zur Prüfung des Verfahrens wurde eine speziell ausgewählte Anlage modifi¬ ziert verfahrenstechnisch einem Reaktor gemäss Erfindung angeglichen. Di- verse Mängel wurden in Kauf genommen, welche da sind: die Abfallaufgabe¬ menge, also der zur Schlackenverflüssigung notwendige Energieträger, liess sich nur schwierig regeln; das Verhältnis zwischen Verschwel- und Verbren¬ nungsluft liess sich nur annähernd regel; die Eindüsung der Verbrennungs¬ und Ausbrandluft konnte nur teilweise in der richtigen Menge und gut verteilt erfolgen. Ausserdem musste die Betriebssicherheit der Anlage gewährleistet werden.
Trotz dieser Eischränkungen war es während mehrerer Versuche möglich, die zur Schlackenschmelze notwendigen Temperaturen im Drehrohr zu erreichen. Der Heizwert wurde im Mittel zu Hu = 10.890 kJ/kg gemessen. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse lassen sich für erfindungsgemässe Reaktoren mit steuerbarer Luftzuführung der für das Verfahren minimale Heizwert mit schätzungsweise 7.500 kJ/kg betreiben. Durch eine Vorwärmung der Verbren- nungsluft und die Zugabe von Zuschlagstoffen, die den Schmelzpunkt der Schlacke herabsetzen und die Einbindung der Schwermetalle erhöhen, sollte es möglich sein, Müll mit noch niedrigerem Heizwert zu verarbeiten. Eine Vorsortierung und Zerkleinerung des Hausmülls hat für die Versuche nicht stattgefunden. Es wäre aber auf jeden Fall sinnvoll, bestimmte Fraktionen wie z.B. Metalle auszusondern.
Etwas muss noch speziell berücksichtigt werden. Es ist mit dem erfinderischen Verfahren möglich, bspw. Fremdschlacke, das ist Schlacke aus Verbrennungs¬ anlagen, bei denen die Einschmelzung nicht möglich ist, oder Flugstäube, Asche aus anderen Anlagen, kurz Fremdstoffe, im gleichen Prozess mit ein¬ zuschmelzen. Dem Einschmelzreaktor, der fremde Schlacke, Asche, Stäube und dergleichen Einschmelzen soll und der mit Müll als Energieträger betrie¬ ben wird, muss zu seinem Unterhalt natürlich die nötige Menge Energie, allerdings vorzugsweise in Form von Müll, zugeführt werden.
Die Fremdstoffaufgabe und Einschmelzung wurde anhand einer Rezirkulat- aufgabe getestet. Nachdem während eines Versuches Hausmüllschlacke allei¬ ne eingeschmolzen wurde und dieser Versuch positive Resultate ergab, wurde in einer weiteren Untersuchung das Einschmelzen von Filterstäuben aus dem Elektrofilter der Anlage in die Schlacke untersucht. Von einer Zugabe von Rückständen aus der Rauchgasreinigung (Filterkuchen) wurde vorderhand abgesehen. Es ist jedoch möglich, solche Rückstände im erfindungsgemässen Reaktor zu verarbeiten. Es wird davon ausgegangen, dass wenn der wesent- lichste Anteil an Schwermetallen, die bei der Müllverbrennung anfallen, dau¬ erhaft (der Massstab dafür ist bspw. ein Eluattest) in Schlacke eingeschmolzen werden kann, so entlastet dies sämtliche für diesen Zweck vorgesehenen De¬ ponien und deren Kapazitäten. Man könnte dazu übergehen, belastende Stof¬ fe durch Einschmelzen gemäss Erfindung zu entsorgen, in dem man sie in Schlacke einbindet. Die Zugabe des Filterstaubes als Rezirkulat erfolgte über eine extra angefer¬ tigte, wassergekühlte Schleusenkonstruktion, die nahe am Drehrohr ange¬ bracht wurde (Aufgabestelle 6, Figur 1). Der Filterstaub wurde in Chargen in die Anlage eingeführt. Es wurden während eines bestimmten Zeitraumes im Mittel ca. 10%, später 20% der während des Hauptversuches aufgegebenen Müllmenge in die Anlage gegeben und eingeschmolzen (siehe Figur 3).
Während des Versuches kam es bedingt durch eine zu grosse Abfallaufgabe zu einem leichten Anstieg der Staubfracht vor dem Elektrofilter. Auch wenn, was unwahrscheinlich ist, der gesamte Anstieg der Flugstaubkonzentration im Rauchgas auf das Rezirkulat zurück zu führen wäre, wurden je nach Tempe¬ ratur mindestens 91% des Rezirkulates in die geschmolzene Schlacke einge¬ bunden. Dies entspricht von ca. 82 kg bis 182 kg Filterstaub pro Tonne ver- brannten Mülls. Demgegenüber steht ein "eigener" Flugstaubanfall bei der Verbrennung von einer Tonne Abfall von ca. 33 kg, was ungefähr 3% ent¬ spricht. Mit anderen Worten, man kann erhebliche Mengen von giftigem Müll, der aus anderen Anlagen stammt und unter kostpieligen Auflagen depo¬ niert werden musste, mit dem Einschmelzverfahren gemäss Erfindung mit Hilfe von Müll zusätzlich entsorgen. Figur 6 zeigt in etwa die Zusammenset¬ zung der Reststoffmenge bei der Verbrennung von 1 Tonne Abfall.
Zur Frage der Schadstoffemission beim erfindungsgemässen Verfahren kann folgendes ausgeführt werden: Mehrere Proben von in diesem Verfahren ge¬ schmolzener Kehrichtschlacke mit und ohne Rezirkulatzugabe resp. mit und ohne Filterstaubzugabe, wurden mit einem Eluattest (CH-TVA-Test) geprüft. Die geschmolzene Kehrichtschlacke ohne Rezirkulatzugabe erfüllte nicht nur den Eluattest gemäss TVA für einen Inertstoff; sie hat zudem einen Glühver- lust von lediglich < 0,1%. Alle deklarierten hochschädlichen Kohlenwasser¬ stoffverbindungen wie Dioxine, Furane etc. liegen unterhalb der Nachweis- grenze. Die Auswertungen zeigen, dass die TVA-Grenzwerte für Inertstoffe (Eluattest) aller untersuchten Proben nicht überschritten worden sind. Die TVA-Grenzwerte für Inertstoffe wurden in beiden Eluaten (Test 1 und Test 2) nicht überschritten. Die Schlacke erfüllt somit bezüglich der geprüften Parameter die Anforderungen der Verordnung.
Während des Versuches mit Filterstaubzugabe wurden neben den regulären Messungen an der Anlage zusätzlich zu den Temperaturen und Feuchtegehal- ten auch die Konzentration der wichtigsten Abgasemitenten bestimmt.
Die Staubkonzentration im Rohgas nach dem Kessel, die im Normalbetrieb im Mittelfeld des üblichen Bereiches liegt, hat sich während der Versuchs- phase etwas erhöht. Dies ist auf eine wegen mangelhafter Steuerungsmöglich¬ keit erhöhte Abfallaufgabe zurück zu führen. Das Reingas hingegen erfüllt die Forderungen des TVA der 17.BImSchV.
Die Stickoxyd- oder NOx-Emission während des Versuches mit Filterstaubzu- gäbe lagen um das 2,5 fache tiefer als im Normalbetrieb und unterhalb der Verordnung in der Schweiz. Der erreichte Tagesmittelwert lag bei ca. 141 mg/m3 n bezogen auf 11 % 02. Die Schwefeloxyd- oder SOx-Konzentration im Reingas stieg während des Versuches an. Die ist vermutlich auf temperaturbe¬ dingte Zersetzung von Metallsulfaten zurückzuführen.
Das hier diskutierte, erfindungsgemässe Verfahren bietet die Möglichkeit, ohne Energiezufuhr von aussen Schlacken, Aschen und Flugstäube einzu¬ schmelzen- Wie die Eluatteste zeigen, sind Schwermetallverbindungen in die Schlacke praktisch unlöslich eingebunden. Die geschmolzene Schlacke hat ausserdem einen sehr eerinsen Glühverlust, und die Dioxinwerte liegen un- terhalb der Nachweisgrenzen. Anders als bei anderen Verfahren erfolgt die Schmelze nicht nur ohne Energiezufuhr von aussen; es ist sogar ein höherer Anlagenwirkungsgrad als bei üblichen Verbrennungsanlagen zu erwarten. Die Anlage bietet die Möglichkeit, Rückstände der Abfallverbrennung in einer umweltschonenden Form abzuführen und die Kosten der Entsorgung zu ver¬ mindern.
Das Diagramm in Figur 2 zeigt den im Versuch gemessenen Temperaturver- lauf im Reaktor. Man erkennt den Niedertemperatur-Bereich von 600°C bis 1000°C des Generators und den Hochtemperatur-Bereich von 1000°C bis 1400°C des Drehrohres. In der Nachbrennkammer und dem Leerzug wird die Temperaturführung wieder auf niedrigere Temperaturen zurückgesteuert, um sie in einer anschliessenden Kesselgruppe zwecks Wärmerekuperation und - rückführung vollständig abzusenken. Die ausgezogene Linie zeigt den thermi¬ schen Verlauf einer theoretischen (idealen) Verbrennung und die gestrichelte Linie zeigt den Temperaturverlauf der Anlage im Standard-Betrieb. Der mit Punkten dargestellte Verlauf zeigt den Schmelzbetrieb.
Ferner werden in den Figuren 3 und 4 zwei Flussdiagramme gezeigt, die, auf den Prozess bezogen, im wesentlichen den Massendurchlauf und den zugehö¬ rigen Energiedurchlauf zeigen. Es ist klar, dass diese Diagramme mit absolu¬ ten Zahlen einen ganz bestimmten, von Anlage und Verbrennungsgut abhän- gigen Verlauf und Zusammensetzung angeben, aber im wesentlichen die Wirksamkeit des Verfahrens gemäss Erfindung aufzeigen. Diskussion:
Der hier vorgestellte Reaktor besteht im wesentlichen aus einer Kombination von einem geschlossenen Gaserzeugungs-Generator 2 mit einem mechani¬ schen Vorschubrost 3 und einem nachgeschalteten Drehrohrofen 7 und einer Mehrzahl von prozesseingreifenden Anschlüssen (bspw. Zugaben, Rückfüh¬ rungen etc.). Nachgeschaltet sind die üblichen Rauchgasreiniger und eine Vor¬ richtung für den Austrag der flüssigen Schlacke. Aus diesen Baugruppen füh- ren prozesseingreifende Rückführungen (feedbacks) zur Generator/Drehrohr- Gruppe zurück.
Gemäss Figur 1 beginnt der Prozessweg am Eintrag 1, in welchen feste und flüssige Abfälle RG, Additive AD, rückgeführte Rostdurchfälle RD sowie Fremdstoffe FR (bspw. Schlacke anderer Hausmüllverbrennungsanlagen zum Einschmelzen) eingebracht werden. Diese Substanzen gelangen auf den Vor¬ schubrost 3, wo sie unter Zugabe von weiteren Stoffen wie Rostluft RL, Brü¬ den BR, Verschwelungsluft VL, Fremdstoffen FR und sauerstoffhaltige Gase 02 verschwelt, vergast aber nicht verbrannt, werden. Dies wird erzielt, in dem nach dem Anheizen durch den Rost eine unterstöchiometrische Menge Rost¬ luft RL ganz langsam eingeblasen wird. Durch eine Mehrzahl Luftdüsen 4 können rezirkuliertes Rauchgas RR, Brüde BR und Verschwelungsluft VL zugegeben werden. Durch zwei weitere Zugabevorrichtungen 5,6, nämlich eine Aufgabevorrichtung für Feststoffe 5, um feste Reststoffe von Kesselasche KA, Filterstäube FS und Fremdstoffe FR einzuführen und eine Zugabevor¬ richtung 6, um ein vorgewärmtes Gas/Luftgemisch VV aus dem Bereich der Sammelhaube 8 über dem Drehrohr, Brüden BR, Verbrennungsluft (besser Vergasungs- bzw. Verschwelungsluft) VL, und sauerstoffhaltiges Gas 02, Luft zum Beispiel, beizugeben. Bei dieser Anlage ist für den eigentlichen Prozess keine zusätzliche Energie¬ zufuhr neben der durch die festen Abfälle, die Luftzufuhren und für die An¬ triebsaggregate erforderlich. Ueber die zusätzliche Aufgabevorrichtung 5 können die festen Reststoffe Kesselasche KA und Filterstäube FS als Rezirku- lat RZ oder von Hausmüllverbrennungsanlagen als Fremdstoff FR nahe am Drehrohr in die Anlage gegeben und mit den Reststoffen des Generators eingeschmolzen werden. Solche Fremd- und Reststoffe können, wie oben schon erwähnt, auch als Ballaststoffe zur gezielten Veränderung der Zusam¬ mensetzung des Schwelgutes schon beim Eintrag zugegeben werden. Durch das Einschmelzen der Reststoffe und des Rezirkulats, sowie der Fremdstoffe FR wird eine Immobilisierung ihrer Schadstoffe, insbesondere der Schwerme¬ talle erreicht. Dafür weist die Ein1'- " tung an den Seitenwänden des Genera¬ tors Zugabestellen 4 zur Zufuhr \ .>.. Verbrennungsluft VL, Brüden BR oder rezirkuliertem Rauchgas RR. Im Bereich des Ueberganges von der Rostfeue- rungszone zum Drehrohr ist eine Anlage 6 vorgesehen, die der Zugabe eines vorgewärmten Gas/Luftgemisches aus dem Bereich einer (dafür vorgesehe¬ nen) Haube 8 oberhalb des Drehrohres, und von Verbrennungsluft VL, Brü¬ den BR oder von Sauerstoff 02 dient. Ferner ist in der Nachbrennkammer 9 nach dem Drehrohr eine weitere Anlage 10 zur Zugabe von Verbrennungsluft VL oder Brüden BR vorgesehen. Durch diese Massnahmen wird neben der Prozessführung auch eine Minimierung der Wärmeverluste, insbesondere im mit Unterdruck betriebenen Drehrohr, das praktisch immer Undichtigkeiten aufweist. Mit der konsequenten und gezielten Rückführung von unprozessier- ten, Energie enthaltenden Stoffen und von Wärmeenergie, lässt sich eine sehr hohe Prozessausbeute erzielen.
Im Bereich des Ueberganges vom Generator zum Drehrohr kann ausserdem über die Vorrichtung 5 eine Zugabe von Kesselasche KA und Filterstäuben FS der eigenen Anlage oder aber fremder Hausmüllverbrennungsanlagen FR erfolgen. Eine Zugabe ist an dieser Stelle sinnvoll, damit die Flugstäube nicht von der durch den Rost geführten Generatorluft sofort in das Rauchgas aus¬ getragen werden.
Die vorgewärmten und teilentgasten festen Reststoffe des Generators gelan¬ gen in das Drehrohr. Durch die im Bereich des Ueberganges vom Generator zum Drehrohr eingeführte Luft VL,02 kommt es im Drehrohr zu einer Ver¬ brennung der Generatorgase. Die dabei erreichte Temperatur im Drehrohr führt zu einem vollständigen Ausbrand und zum Schmelzen der festen Reak- tionsprodukte, die schmelzflüssig aus dem Drehrohr abgeführt werden. Durch die Einschmelzung werden bei der Temperatur von 1300°C - 1400°C sämtliche organische Verbindungen zerstört und Schwermetalle in die Glasstruktur der Schlacke dauerhaft eingebunden. Die verglaste Schlacke gibt lediglich noch an der Oberfläche wenig der gebundenen Schwermetalle ab.
In der Nachbrennkammer 9 hinter dem Drehrohr, kann eine Zufuhr von Verbrennungsluft VL oder Brüden. Die Verbrennungsluft führt zu einer wei- testgehenden Endverbrennung der verbrennungsfähigen Stoffe des Rauchgases sowie der Temperaturregelung der Rauchgase. Aus der Kesselgruppe 11 nach der Nachbrennkammer kann Wärmeenergie durch Ausnüttzung des Energie¬ inhaltes der Rauchgase in Form von Dampf (Elektrizität) und Fernwärme gewonnen werden.
Die meisten der bekannten Schlacke- und Reststoffschmelzverfahren benöti¬ gen eine Energiezufuhr von aussen, bspw. mittels fossiler Energieträger oder durch Elektrizität. Dies ist beim Prozess gemäss Erfindung, nicht nötig. Durch den besonderen Aufbau und die besondere Luftführung der Anlage, reicht der Energiegehalt des festen Abfalls vollständig aus, um die Reaktionsprodukte des Generators und die anderen Reststoffe, die noch zusätzlich beigegeben werden, einzuschmelzen. Im Vergleich zu herkömmlichen Hausmüllverbren¬ nungsanlagen ohne Schlackenschmelze, wird dabei nicht weniger sondern mehr Energie für andere Zwecke (wie bspw. Elektrische Energie, Fernwärme) abgeführt. Doch vor allen Dingen kommt hier ein beachtenswerter Umstand in den Vordergrund: Die Energie für das Einschmelzen stammt aus Abfällen, die so oder so hätten verbrannt werden müssen und Schlacke, sowie Rest¬ stoffe produziert hätten, und das erfindungsgemässe Verfahren schmilzt nicht nur die eigenen Schlacken und Reststoffe ein, sondern hat noch Kapazität, Fremdstoffe mit zu verarbeiten.
Da es sich bei Hausmüll und hausmüllähnlichen Abfällen, die den grössten Teil des Aufgabegutes dieser Einrichtung darstellen, um ein sehr inhomogenes Gemisch handelt, sind die beschriebenen Reaktionsabläufe im Generator nicht räumlich abzugrenzen. Die Zufuhr der verschiedenen Gase an den ver¬ schiedenen Stellen sollte so gut wie möglich daran agepasst werden, um dem unterschiedlichen Heizwert des Aufgabegutes und seiner Zusammensetzung zu entsprechen.
Figur 2 zeigt nun den ungefähren Temperaturverlauf des Prozesses im Reak¬ tor. Der Prozess beginnt bei der Aufgabe 1, wo die Temperatur noch die der Umgebung ist. In Prozessrichtung gesehen, im Generator am Rostbeginn beträgt die Temperatur wenige 100°C und steigt mit zunehmender Verschwe- lung (Vergasung) am Ende des Rostes auf etwa 1000°C an, jedoch ohne we¬ sentliche Wärmenester oder hot spots zu bilden. Die Temperatur der Ver¬ schwelung wird durch gezielte Zugaben von Rostluft RL unter dem Rost und durch Zugaben von Brüden BR und/oder Verschwelungsluft VL gesteuert. Am Beginn des Drehrohres, im welchem der Ausbrand und die Schlacken- Verflüssigung stattfindet, steigt die Temperatur durch Entzündung der Schwelgase rasch in den Hochtemperaturbereich zwischen 1200°C und 140Q°C. Bei dieser Temperatur findet der Ausbrand und die Einschmelzung statt. An der Uebergangsstelle zur Nachbrennkammer bleibt die Temperatur durch die Einwirkung weiterer zugeführter Verbrennungsluft im wesentlichen gleich und fällt dann durch gezielte Zugabe von weiterer (kühlender) Verbrennungsluft VL und/oder Brüden BR sukzessive wieder in Richtung des Niedertempera¬ turbereichs auf 1100°C. Im Kessel 11 werden die Rauchgase auf 200°C abge¬ kühlt.
Man erkennt anhand dieses Diagrammes, dass die sehr hohen Temperaturen über 1000°C, bei welchen die Schlacke zu schmelzen beginnt und bei der für diese Temperatur nicht ausgelegten Anlageteile beginnen Schaden zu neh¬ men, bspw. vom Rost in einen für diese Temperaturen ausgelegten Drehrohr¬ ofen verlegt werden. Diese hohen Temperaturen am geeigneten Ort, die erst durch den erfindungsgemässen Prozess in gezielter Weise erreicht werden können, werden sozusagen in den für hohe Temperaturen besser auslegbaren Drehrohrofen delegiert. Mit Delegation ist nicht nur die Verbrennung an ei¬ nem anderen Ort sondern auch die Uebergabe der Energieträger an diesen Ort gemeint. Hier sind es brennfähige Gase, die von der Verschwelung auf dem Rost herrühren und welche nun im Drehrohr zusammen mit den noch brennfähigen, aber entgasten Rückständen die gewünscht hohen Temperatu¬ ren ermöglichen. Die unterstöchiometrische Verschwelung wird durch rekupe- rierte, rückgeführte Wärmeenergie aus dem Bereich des Drehrohrofens (Hau¬ be 8) weitestgehend bis ganz unterstützt.
Figur 3 zeigt ein Diagramm zur Filterstaubzugabe innerhalb der Versuchs¬ serie, die oben kurz diskutiert w irde. Während etwas mehr als zwei Stunden wurden die Fraktionen in zwei Mengenverhältnissen aufgegeben: zu Beginn in etwa 10% auf die Kehrichtmenge bezogen, dann in etwa 20%. Bei einer auto¬ matisierten Zugabe kann die Aufgabe in feineren Schritten gestaffelt werden. Figur 4 zeigt in Form eines Tortendiagrammes nach Vehlow eine beispielhaf¬ te Zusammensetzung der Reststoffmengen aus einer Tonne Abfall. Diese Zusammensetzung ist natürlich weitgehend von der Ausgangszusammenset¬ zung des Abfalles abhängig. Darin sind bezeichnet mit: A = verbrannter und verdampfter Anteil; B = Rostabwurf; C = RGR-Rückstände, Salze; D = Filterstaub; E = Kesselasche; F = Rostdurchfall.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Einschmelzen von Reststoffen in Schlacke, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieträger Abfallstoffe verwendet werden und der thermische Stoffumsetzungsprozess in einen Niedertempera- turprozess (Verschwelungsvorgang) und in einen daran anschliessen- den Hochtemperaturprozess (Verbrennungsvorgang) unterteilt wird, wobei im Niedertemperaturprozess (Verschwelungsvorgang) gewon¬ nene brennbare Gase dem Hochtemperaturprozess (Verbrennungs¬ vorgang) zugeführt werden.
10
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nie¬ dertemperaturprozess ein unterstöchiometrischer Verschwelungsvor¬ gang auf einem Verbrennungsrost mit einer unterstöchiometrischen Menge Rostluft ist, welche als Unterwind mit wenig Druck durch das Verschwelungsgut gedrückt w rd, oder durch Unterdruck über dem 15 Rost durch das Verschwelungsgut gesogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch¬ temperaturprozess ein Verbrennungsprozess ist, bei dem Rückstände 20 aus der Verschwelung zusammen mit Schwelgasen unter Zufügung von Verbrennungsluft verbrannt werden, um die Schmelztemperatur von Schlacke zu erreichen und um die verflüssigte Schlacke aus dem Prozess abzweigen zu können.
25
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich¬ net, dass dem Hochtemperaturprozess ein Nachverbrennungsvorgang unter Zuführung von Verbrennungsluft erfolgt.
5
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Fremdstoffe zur Einschmelzung in Schlacke dem Niedertempe- raturprozess oder dem Hochtemperaturprozess zugeführt werden.
10
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdstoffe Rezirkulate sind oder von Fremdanlagen stammen und dass sie entweder als Ballaststoff in den Verschwelungsvorgang einge¬ schleust werden oder direkt dem Hochtemperaturprozess zugeführt werden. 15
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme¬ energie, die in Prozessschritten frei wird, die dem Verschwelungsvor¬ gang folgen, zum selben zurückgeführt wird. 20
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unter¬ stützung des Niedertemperaturprozesses Abwärme aus dem Hoch¬ temperaturprozess (Verbrennungsvorgang) dem Niedertemperatur- 25 prozess (Verschwelungsvorgang) zur Erwärmung des Umsetzungs¬ gutes zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbren- 30 nungsluft zur Unterhaltung der Verbrennung von in den Hochtempe- raturteil geleiteten Schwelgasen vor dem Hochtemperaturteil zuge¬ mischt wird, wo das Gemisch entzündet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verbren- 5 nungsluft in einen Nachverbrennungsbereich eingeleitet wird, um die brennbaren Restgase aus dem Rauchgas auszubrennen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 10, dadurch gekenn- 10 zeichnet, dass zur Temperaturführung (Abkühlung) eine Uebermenge von Verbrennungsluft oder Brüde in den Nachverbrennungsbereich eingeleitet wird.
15
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeich¬ net, dass zur Steuerung des Prozessverlaufes in der Phase der Ver¬ schwelung und/oder in der Phase der Nachverbrennung Brüden ein¬ geleitet werden.
20
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeich¬ net, dass über Düsen an den Seitenwänden des Generators Luft (VL), Brüden (BR) aus der Klärschlammverbrennung zur Stickoxyd¬ reduktion und/oder rezirkulierte Rauchgase zugegeben werden. 25
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich¬ net, dass über eine spezielle Aufgabevorrichtung (5) eine Zugabe von Kesselasche und Filterstäuben aus dem eigenen Prozess und aus 30 Fremdprozessen, insbesondere Hausmüllverbrennungsanlagen vor- gesehen ist, um diese einerseits gemeinsam mit den festen Reaktions¬ produkten des Generators einzuschmelzen und andererseits als Bal¬ laststoff zur Regelung des Prozesses zu benützen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich¬ net, dass eine Zugabe von Luft (VL) und Brüden (BR) in die Nach¬ brennzone zwischen Drehrohr und Kessel erfolgen kann, um eine Nachverbrennung und Temperaturregelung der Rauchgase zu errei¬ chen. 10
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich¬ net, dass in einem Generator Gas erzeugt wird, welches in einem nachgeschalteten Drehrohr durch Zuführung von Luft auf ca. 1400°C 15 erhitzt wird und andererseits der Müll auf dem Rost bei der Entga¬ sung auf ca. 1000°C am Uebergang zum Drehrohr vorgewärmt wird, bevor diese Schlacke mit Fremdstoffen gemischt im Drehrohr durch Verbrennen der Schwelgase geschmolzen werden.
20
17. Vorrichtung zum Einschmelzen von Verbrennungsrückständen wie Schlacke, Aschen und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Niedertemperaturabschnitt (Verschwelungsgenerator) und einem nachgeschalteten Hochtemperaturabschnitt (Drehrohrofen) 25 besteht, in welchem Niedertemperaturabschnitt (Verschwelungsgene¬ rator) die verbrennungsfähigen Stoffe in brennbare Gase und brenn¬ bare Rückstände umgesetzt werden, um mit den brennbaren Gasen einen Verbrennungsvorgang im Hochtemperaturabschnitt (Drehrohr¬ ofen) zu unterstützen, so dass die Schlacke schmelzflüssig wird und 30 dass Mittel zur Rückführung von Abwärme aus dem Hochtempera- - ?*-» -
turabschnitt in den Niedertemperaturabschnitt vorgesehen sind, um dort die Umsetzung der verbrennungsfähigen Stoffe zu unterstützen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturabschnitt aus einem Verschwelungsgenerator be¬ steht, der einen Förderrost aufweist, auf welchem das Prozessgut unterstöchiometrisch verschwelt wird und dass er Zuführungen zur Beifügung von die Verschwelung steuernden Prozessstoffen aufweist.
10
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der
Hochtemperaturabschnitt aus einen Drehrohrofen besteht, an dessen Eingang Mittel zur Zugabe von Verbrennungsluft und Fremdstoffen und an dessen Ausgang Mittel zum Abziehen von flüssiger Schlacke 15 vorgesehen sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Hochtemperaturteil eine Nachbrennkammer mit Zuführungen für 20 Mittel zur Steuerung des Ausbrennen und/oder Abkühlen des Rauchgases geschaltet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass 25 der Reaktor Rückführungen für Wärme-Energie und feste Stoffe aus dem Prozess aufweist, um eine Rezirkula ion von Energie und Rest¬ stoffen zu ermöglichen.
30
22. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass dem Drehrohrofen (7) und der Nachbrennkammer ein Kessel (11) folgt um bei Bedarf den Wärmeinhaltes der Rauchgase im Verschwelungsprozess nutzbar zu machen.
5
10
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