EP0408702B1 - Verfahren und vorrichtung zum verbrennen und nachverbrennen von rückständen - Google Patents

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EP0408702B1
EP0408702B1 EP90901551A EP90901551A EP0408702B1 EP 0408702 B1 EP0408702 B1 EP 0408702B1 EP 90901551 A EP90901551 A EP 90901551A EP 90901551 A EP90901551 A EP 90901551A EP 0408702 B1 EP0408702 B1 EP 0408702B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
waste
combustion
slag
combustion chamber
rotary cylindrical
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90901551A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0408702A1 (de
Inventor
Kurt Kugler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NOELL-K+K ABFALLTECHNIK GMBH
Original Assignee
Noell Abfall- und Energietechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE3831280A external-priority patent/DE3831280A1/de
Application filed by Noell Abfall- und Energietechnik GmbH filed Critical Noell Abfall- und Energietechnik GmbH
Priority to AT90901551T priority Critical patent/ATE93602T1/de
Publication of EP0408702A1 publication Critical patent/EP0408702A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/085—High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23G5/20—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having rotating or oscillating drums
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23G5/32—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor the waste being subjected to a whirling movement, e.g. cyclonic incinerators

Definitions

  • the invention relates to a device and a method according to the preambles of claims 1 and 6.
  • Incinerators with rotary kilns are primarily designed and built to incinerate solid, pasty, muddy and viscous hazardous waste, i.e. extremely heterogeneous mixed waste that can be fed continuously, but mostly in batches and in many cases only in drums, and their combustion in household waste incineration plants leads to problems would.
  • US-A-35 47 056 describes a rotary kiln for the incineration of waste with an afterburning chamber which also serves for the separation of fly dusts.
  • the device is charged through an opening with a flap on one side of the rotary kiln.
  • the waste materials to be incinerated are likely to be fed in batches with barrels.
  • a reference to a regulation for the combustion of the waste materials is not given in the description, but a temperature control in the Venturi nozzle for controlling the additional fuel is mentioned.
  • the device has no opening of the afterburning chamber which is offset along the longitudinal axis of the rotary kiln.
  • the fly ash produced in the rotary kiln is separated on a grate in the afterburning chamber and can then be removed discontinuously through a flap in the chamber wall.
  • a device for introducing additional fly ash into the furnace is not apparent from the patent. Likewise, continuous removal of combustion residues or slag from the rotary kiln does not seem to be possible.
  • the molten slag is fed to a wet deslagger at the end of the rotary kiln, below the afterburner.
  • airborne dust can be blown into the slag melt bath of the rotary kiln with a lance.
  • the aim of this proposal is to incorporate the dusts containing heavy metals into the slag from waste incineration.
  • An auxiliary burner which is operated with waste oil, can support the combustion process in the rotary kiln or in a second slag melt bath within the afterburning chamber.
  • the combustion air is generally set constant for the waste that is not fed in through burners. Controlling the combustion air according to the oxygen requirement for optimal combustion has been tried several times, but has not met expectations.
  • the energy content and above all the burning behavior of the waste cannot be adequately estimated because the parameters of energy content, proportion of inorganic material and water, lumpiness, melting behavior, ease of degassing, reaction surface, ignition friendliness and the like are rarely adequately determined in advance can.
  • a batch operation of an incinerator generates peak loads after which the combustion air oxygen would have to be adjusted.
  • a value of around 2.5 is generally set as the average combustion air excess in order to meet all conditions.
  • fly dusts which are discharged separately from the special waste on the outlet side into the rotary kiln directly into the melt and which have so far been costly deposited in special landfills, are melted down with the rotary kiln slag in an almost water-insoluble manner and thus produce a usable filling material instead of a special waste .
  • the invention provides for decoupling the partial objectives mentioned at the outset from one another in terms of process technology and plant technology.
  • the rotary kiln is operated by means of controlled combustion air metering in such a way that the inorganic waste components with additives, but also additional flue dust from the own exhaust gas cleaning system but also from external combustion plants, are obtained as viscous, glazed mass.
  • the suitable inorganic additives can be used directly in the combustion material and airborne dusts to be melted in. The melting ensures that the slag burns out completely, and the glazing and the inclusion of pollutants (heavy metals) in the glass matrix minimize water solubility as much as possible.
  • Airborne dusts are generated in addition to the aforementioned inorganic additives by other suitable organic additives, e.g. B. Waste bound. These bound fly dusts are fed directly into the rotary kiln melt from the transition housing.
  • fly dusts prepared with inorganic and organic additives cause the fly dusts to melt suddenly and the inclusion of volatile heavy metals contained in the silicate matrix of the melt products.
  • This method and simultaneous selective application of combustion air also prevents the above-mentioned "freezing" of the slag when the cold dusts are added.
  • the furnace rotation also causes rapid mixing and incorporation into the glassy slag. Because the bound dusts are introduced at the furnace outlet, the dwell time at high temperatures is short. This also minimizes the evaporation of heavy metals.
  • the ignition energy is only about 1.5 to 3 Gcal / h ( ⁇ 6.0 to 12.5 GJ / h) liquid waste that can be sprayed through a burner or corresponding additional fuels are required.
  • the exhaust gases from the rotary kiln are burned out in a rotary kiln transition housing and a downstream afterburning chamber, which have one or more constricted, extremely high turbulence-producing cross-sectional constrictions that mix the exhaust gases optimally.
  • a transition activated, preheated to approx. 700 ° C, cutting the furnace exhaust gas stream and thereby further optimizing the mixing effect, can be blown in combustion air.
  • optimal residual oxidation of the exhaust gases can be achieved in the first turbulence zone.
  • the arrangement according to the invention of the rotary kiln, the transition housing (rotary kiln delivery) and the afterburning chamber makes it possible to accelerate the exhaust gas flow in a narrow cross section and to blow in activated combustion air transversely to it.
  • the turbulence that arises ensures optimum mixing of the furnace exhaust gases with the combustion air. In this way, an optimal exhaust gas burnout can be achieved in the afterburning chamber.
  • This method has the advantage that the exhaust gas burnout itself is not optimized in the rotary kiln and the combustion chamber temperature can be regulated depending on the desired slag melt flow, possibly with the acceptance of substoichiometric combustion.
  • the longitudinally offset arrangement of the rotary kiln to the afterburning chamber makes it possible to introduce a slag melting burner into the outlet of the rotary kiln through an opening in the transition housing, which may work under the influence of preheated combustion air.
  • Longitudinal axis offset means that the Opening in the transition housing is not on the longitudinal axis of the rotary kiln. So you get another one Possibility of controlling the slag melt flow, especially with changing melting behavior, without influencing the combustion process in the rotary kiln.
  • the afterburning chamber can also have further cross-sectional constrictions that improve the mixing effect between exhaust gas and supplied air or other substances to be burned.
  • a tangential introduction of the exhaust gases into the afterburning chamber can also contribute to this improvement.
  • the first turbulence zone and burner arrangement in the afterburning chamber is, in relation to the plant height, considerably lower than the last burner level in conventional hazardous waste incineration plants.
  • the incineration plants according to the invention are not much more expensive than the conventional incineration plants, despite the additional transition housing.
  • FIG. 1 shows in section a rotary kiln 1 and offset to it an afterburning chamber 3, which are connected to one another by a transition housing 2 and a transition cross-section constriction 2a.
  • the rotary kiln exhaust gases pass through the housing 2 to the narrowed chamber section 2a. There, the exhaust gases are accelerated and swirled through the opening 4 by blowing in activated combustion air, so that they are mixed well and burned out in the cross-sectional constriction and afterburner chamber.
  • a burner can also be installed in the inlet opening 4. Additional burners and combustion air feeds can be used in the tangentially arranged inlet openings 5 of the afterburning chamber 3.
  • An additional opening 6 has a double function.
  • the dust collecting device and an additional burner can be introduced into the outlet of the rotary kiln 1 and, if necessary, an air supply for additional combustion air can be installed in this opening 6.
  • a wet deslagger 7 of the usual type is arranged for receiving and cooling the rotary kiln slag.
  • FIGS. 2 and 3 An alternative design of an incineration plant is shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 3 shows a section through the afterburning chamber 13 according to section III-III in FIG. 2.
  • Exhaust gases emerging from the mouth or the exhaust gas inlet 11 of the cross-sectional constriction 2a of the transition housing 12 are afterburned in chamber 13, optionally by metering in further fuels through the supply device 15 and supplying combustion air through the ring line 9 and nozzles (not shown) which open into the afterburning chamber 13 .
  • a further cross-sectional constriction 14, ie, a second turbulence zone, with a transition to the exhaust gas ducts 10 and 16 ensures that further intensive mixing takes place and coarse fly ash and melted ash are deposited in the container 8.
  • the advantages of the invention lie in the possibility of optimally vitrifying slag and dusts, optimally burning off exhaust gases from the incineration plant, minimizing the formation of nitrogen oxides in the exhaust gas, increasing the rotary kiln throughput line and drastically reducing the need for liquid waste and / or additional fuels.

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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
  • Verbrennungsanlagen mit Drehrohröfen werden primär konzipiert und gebaut, um feste, pastöse, schlammige und zähflüssige Sonderabfälle zu verbrennen, also extrem heterogene Mischabfälle, die kontinuierlich, aber überwiegend chargenweise und vielfach nur in Fässern aufgegeben werden können und deren Verbrennung in Hausmüll-Müllverbrennungsanlagen zu Problemen führen würde.
  • US-A-35 47 056 beschreibt einen Drehrohrofen zur Verbrennung von Abfällen mit einer Nachbrennkammer, die gleichzeitig zur Separation von Flugstäuben dient. Die Beschickung der Vorrichtung geschieht über eine Öffnung mit Klappe auf der einen Seite des Drehrohrofens. Durch diese werden die zu verbrennenden Abfallstoffe wahrscheinlich mit Fässern chargenweise aufgegeben.
  • Ein Hinweis auf eine Regelung zur Verbrennung der Abfallstoffe wird in der Beschreibung nicht gegeben, dafür ist eine Temperaturkontrolle in der Venturidüse zur Steuerung des Zusatzbrennstoffes erwähnt.
  • Die Vorrichtung weist keine zum Drehrohrofen längsachsenversetzte Öffnung der Nachbrennkammer auf.
  • Die im Drehrohrofen entstehende Flugasche wird in der Nachbrennkammer auf einem Rost abgeschieden, und kann dann durch eine Klappe in der Rammerwand diskontinuierlich entnommen werden. Eine Einrichtung um zusätzliche Flugasche in den Ofen einzubringen, ist der Patentschrift nicht zu entnehmen. Ebenso scheint eine kontinuierliche Entnahme von Verbrennungsrückständen oder entstehender Schlacke aus dem Drehrohrofen nicht möglich zu sein.
  • Aus der DE-A- 28 08 637 ist bekannt, Sonderabfälle in Anlagen mit Drehrohrofen zu verbrennen, bei denen der Drehrohrofen direkt in eine Nachbrennkammer mündet.
  • Die schmelzflüssige Schlacke wird einem Naßentschlacker am Ende des Drehrohrofens, unterhalb der Nachbrennkammer zugeführt.
  • Von dieser Nachbrennkammer her oder von der Ofenfüllseite kann mit einer Lanze in einem Luftstrom Flugstaub in das Schlackeschmelzbad des Drehrohrofens eingeblasen werden. Ziel dieses Vorschlages ist die Einbindung der Schwermetalle enthaltenden Flugstäube in die Schlacken bei der Abfallverbrennung. Alternativ wird vorgeschlagen, die Flugstäube mit Hilfe von Wasser und nicht näher genannten Bindemitteln zu pelletieren und in Fässern dem Drehrohrofen so zuzuführen wie dies mit den Abfällen geschieht. Ein Hilfsbrenner, der mit Altöl betrieben wird, kann den Verbrennungsprozeß im Drehrohrofen oder in einem zweiten Schlackeschmelzbad innerhalb der Nachbrennkammer unterstützen.
  • Dieser Vorschlag hat mehrere Nachteile. Die Verbrennung kann nur überstöchiometrisch ablaufen und - soweit Flugstäube per Luftstrom zugeführt werden - wird viel Belastluft durch die Anlage geschoben und die Thermik im Drehrohrofen läßt eine Einbindung der Stäube in die Schlacke nur begrenzt zu.
  • Bedingt durch die verschiedenen Abfallstoffe - fest, pastös, dickflüssig, flüssig, extrem schwankend in der Zusammensetzung und im Brennverhalten - werden im Drehrohrofen extrem heterogene Abgase sowohl bezüglich der Gaszusammensetzung als auch bezüglich der Temperatur (Abgassträhnen) erzeugt.
  • Die Anforderungen an derartige Drehrohröfen sind:
    • absoluter Ausbrand der verbleibenden festen Rückstände; dies ist praktisch nur bei Schlackenschmelze möglich,
    • weitestgehender Ausbrand der Abgase, so daß in einer hinter dem Drehrohrofen angeordneten Nachbrennkammer die Ausbrandgrenzwerte der jeweils gültigen technischen Anleitungen für die zulässige Luftbelastung bzw. den Auflagen der genehmigenden Stellen entsprechen.
  • Die gleichzeitige Erfüllung dieser beiden Anforderungen ist bisher nur durch Einsatz großer Mengen heizwertreicher, flüssiger, über Brennei in die Feuerung eindüsbarer Abfälle möglich.
  • Der Anteil dieser verdüsbaren Abfälle sollte jedoch aus wirtschaftlichen Gründen möglichst gering gehalten werden, da derartige Abfälle preiswerter aufgearbeitet oder in Anlagen mit Brennkammern entsorgt werden können. Vielfach ist das Verhältnis von flüssigen zu festen Abfällen derart unausgewogen, daß ohne Zusatz-Brennstoffe (Heizöl oder Erdgas), die gleichzeitige Erfüllung dieser Anforderungen nicht möglich ist.
  • In der Praxis wird allgemein die Verbrennungsluft für die nicht über Brenner aufgegebenen Abfälle konstant eingestellt. Eine Steuerung der Verbrennungsluft entsprechend dem Sauerstoffbedarf für eine optimale Verbrennung ist mehrfach versucht worden, hat aber nicht die Erwartungen erfüllt. Bei Chargenbetrieb und insbesondere bei Faßbetrieb kann der Energiegehalt und vor allem das Brennverhalten der Abfälle nicht ausreichend abgeschätzt werden, weil die Parameter Energieinhalt, Anteil an anorganischem Material und Wasser, Stückigkeit, Schmelzverhalten, Entgasungsfreudigkeit, Reaktionsoberfläche, Zündfreudigkeit und ähnliches selten im Vorhinein ausreichend bestimmt werden können.
  • Ferner sind die jeweiligen Feststoffportionen aufgrund der wechselnden Zusammensetzung und damit der wechselnden Portionsfähigkeit unterschiedlich groß. Gleiches gilt für zu verbrennende Einwegfässer.
  • Ein Chargenbetrieb einer Verbrennungsanlage erzeugt Spitzenbelastungen nach denen der Verbrennungsluftsauerstoff eingestellt werden müßte.
  • Um im Drehrohrofen einen ausreichenden Abgasausbrand auch bei vorgenannten Spitzenbelastungen zu erreichen, haben sich in der Praxis folgende Mindestverbrennungsluftüberschüsse bewährt:
    • Flüssige Abfälle bei Aufgabe über Brenner: größer 1,35
    • Kontinuierlich aufgegebene, schlammige und pastöse Abfälle: größer 2,00
    • Chargenweise aufgegebene Abfälle als Schüttmaterial: größer 3,00
    • Chargenweise aufgegebener Abfälle in Fässern: größer 3,00.
  • Als mittlerer Verbrennungsluftüberschuß wird allgemein ein Wert um 2,5 eingestellt, um allen Bedingungen gerecht zu werden.
  • Ein Betrieb mit zähflüssiger Schlacke wird, je nach Zusammensetzung der anorganischen Abfallbestandteile und möglicher Zuschlagstoffe, bei Abgastemperaturen zwischen 1050 und 1300° C, mit Tendenz zu 1300° C, möglich. Ein optimaler Ausbrand der festen Rückstände ist nur bei Schlackenschmelze möglich.
  • Bei einem theoretisch mittleren Verbrennungsluftüberschuß von 2,75 - bezogen auf feste und halbfeste Abfälle - läßt sich errechnen, daß bei einer Abgastemperatur von 1250° C nur ein Anteil von ca. 22 % der aus den Abfällen resultierenden Aufgabeenergie, bezogen auf den unteren Brennwert Hu, in Form von festen, schlammigen und pastösen Abfällen in eine derartige Sonderabfallverbrennungsanlage eingebracht werden kann. Der Rest müßte als flüssiger Abfall oder Regel-Brennstoff eingebracht werden. Dies ist nicht wirtschaftlich.
  • Durch die extrem heterogenen Abfälle und die hohen Verbrennungsluftüberschüsse entstehen im Drehrohrofen entsprechend heterogene Abgase und ein entsprechend schlechter Abgasausbrand.
    Allgemein werden diese Drehrohrofenabgase direkt in eine Nachbrennkammer überführt, in der dann, soweit notwendig, die Temperatur durch Zuführurig flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe angehoben und bei niedriger Abgasgeschwindigkeit und hoher Verweilzeit eine Restoxidation der Abgase durchgeführt wird. Dies Verfahren und die Bauart derartiger Feuerungen lassen eine intensive Durchmischung der begase kaum zu. Weil in der Nachbrennkammer keine gute Durchmischung und somit nur ein begrenzter Ausbrand der Abgase möglich ist, müssen die Abgase bereits im Drehrohrofen weitestgehend ausgebrannt werden. Bezogen auf die vorgenannten Bedingungen, wie Verbrennungsluftüberschuß, Abgastemperatur, Verhältnis von festen und flüssigen Abfällen und, bei einem typischen Durchmesser/Längenverhältnis des Drehrohrofens von beispielsweise 1:3,2, können ca. 100.000 bis 150.000 Kcal/m³h (≙ 420.000 bis 630.000 kJ/m³ h) durchgesetzt werden.
  • Dieser Wert ist unter anderem abhängig von
    • a) der Abgasmenge und Abgastemperatur und der daraus resultierenden Abgasgeschwindigkeit,
    • b) der Verweilzeit im Drehrohrofen, bestimmt durch Ofenneigung, Ofendrehzahl, Abfallreibungswinkel, Abfall- und Schlackenschmelzverhalten, Viskosität der flüssigen Schlacke,
    • c) Reaktionsfläche, beispielsweise bestimmt durch die Abfallkörnung, das Abfallraumgewicht, den Anteil an anorganischem Material, Abfallschmelzverhalten, jeweiliger Füllgrad in den einzelnen Ofenzonen Trocknung, Entgasung, Verbrennung und Nachverbrennung,
    • d) und weiteren Führungsgrößen, wie z. B. der Anzahl und Größe der aufgegebenen Fässer und Abfallchargen, Anteil an Schlackepelzbildnern, Anteil an Salzen und Salzbildnern in den Abfällen sowie der Möglichkeit die Abfalldosierung zu vergleichmäßigen.
  • Noch schwieriger als die Steuerung der Menge des Verbrennungsluftsauerstoffes ist bei den bisher ausgeführten Anlagen die Steuerung des Schlackenschmelzflußes und damit des Glasierens der Schlacke.
  • Wegen der extrem hohen Verbrennungsluftüberschüsse im Drehrohrofen wird viel Belastluft durch das System geschoben und aufgeheizt. Dadurch wird der Feuerungswirkungsgrad drastisch gesenkt. Bei heizwertarmen und überwiegend festen Abfällen muß deshalb ebenfalls vielfach Heizöl oder Erdgas zugefeuert werden, um die erforderlichen Mindesttemperaturen einhalten zu können.
  • Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbrennen von Sonderabfällen und Flugstäuben vorzuschlagen, bei dem gleichzeitig der Feuerungswirkungsgrad erhöht und die Nachverbrennung optimiert wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 6 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren erfindungsgemäßen Betrieb werden Flugstäube, die separat von den Sonderabfällen auslaufseitig in den Drehrohrofen direkt in die Schmelze aufgegeben werden und die bisher kostenauswendig auf Sonderdeponien abgelagert wurden, annähernd wasserunlöslich mit der Drehrohrofenschlacke eingeschmolzen und somit anstatt eines Sonderabfalles ein verwertbares Füllmaterial ergeben.
  • Die Erfindung sieht vor, die eingangs genannten Teilziele verfahrenstechnisch und anlagentechnisch voneinander zu entkoppeln. Der Drehrohrofen wird über eine geregelte Verbrennungsluftzudosierung so gefahren, daß mit Sicherheit die anorganischen Abfallanteile mit Zuschlagstoffen, aber auch zusätzliche Flugstäube aus der eigenen Abgasreinigung aber auch aus fremden Verbrennungsanlagen, als zähflüssige, verglaste Masse anfallen. Um das Schlackeschmelzverfahren zu optimieren, können die geeigneten anorganischen Zuschlagstoffe direkt dem Verbrennungsgut und den einzuschmelzenden Flugstäuben zugemischt werden. Durch das Schmelzen ist der absolute Ausbrand der Schlacke garantiert und durch die Verglasung und die dabei stattfindende Einbindung von Schadstoffen (Schwermetallen) in die Glasmatrix die Wasserlöslichkeit weitestgehend minimiert. Flugstäube werden neben den vorgenannten anorganischen Zuschlagstoffen durch weitere geeignete organische Zuschlagstoffe, z. B. Abfallstoffe gebunden. Diese gebundenen Flugstäube werden vom Übergangsgehäuse her direkt in die Drehrohrofenschmelze aufgegeben.
  • Dabei bietet sich die Verwendung von Stoffen wie Altöl, Teer, Ölschlamm oder sowie zu entsorgenden anderen kohlenwasserstoffhaltigen Materialien an.
  • Durch die mit anorganischen und organischen Zuschlagstoffen präparierten Flugstäube wird erreicht, daß die Flugstäube schlagartig schmelzen und Einbindung enthaltene flüchtige Schwermetalle in die Silikatmatrix der Schmelzprodukte eingebunden werden. Diese Methode und gleichzeitiges punktuelles Aufgeben von Verbrennungsluft verhindert außerdem das vorgenannte "Einfrieren" der Schlacke bei Zugabe der kalten Stäube.
  • Die Ofenrotation bewirkt zusätzlich ein schnelles Einmischen und Einbinden in die glasartige Schlacke. Dadurch, daß das Einbringen der gebundenen Stäube am Ofenauslauf erfolgt, ist die Verweilzeit bei hohen Temperaturen kurz. Dadurch wird auch das Ausdampfen von Schwermetallen minimiert.
  • Bei der Betriebsweise mit Schmelze als Regelgröße wird in Kauf genommen, daß die Verbrennung bei Abfällen mit niedrigem Heizwert schwach überstöchiometrisch und bei heizwertreichen Abfällen unterstöchiometrisch erfolgt. Bevorzugt ist jedoch eine unterstöchiometrische Fahrweise.
  • Als Zündenergie sind je nach Zusammensetzung der festen, schlammigen und pastösen Abfälle, dem Zündverhalten und der Zudosierung dieser Abfälle, der Ofengröße und ähnlichen Führungsparametern lediglich etwa 1,5 bis 3 Gcal/h (≙ 6,0 bis 12,5 GJ/h) flüssige, über Brenner verdüsbare Abfälle oder entsprechende Zusatz-Brennstoffe erforderlich.
  • Bei der unterstöchiometrischen Verbrennung entstehen geringere Mengen an Stickoxiden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin der Verbrennungsluftüberschuß drastisch gesenkt werden, so daß erheblich weniger Belastung entsteht. Dies hat den entscheidenden Vorteil, daß mit den gleichen Apparaturen höhere Abfall-Durchsatzmengen erreicht oder bei gleichem Durchsatz kleinere Anlagen gebaut werden können.
  • Wesentlich ist ferner, daß der Anteil der flüssigen Brennstoffe, die sinnvoller aufgearbeitet oder in einfachen Brennkammern verbrannt werden können, drastisch gesenkt wird.
  • Bei Abgastemperaturen > 1200° C erfordern Sonderabfallverbrennungsanlagen herkömmlicher Bauart folgende Verhältnisse, bezogen auf den Energieinhalt (das Produkt aus Menge mal unterem Heizwert):
    • 22 bis 30 %
    feste und pastöse Abfälle
    zu
    78 bis 70 %
    flüssige, über Brenner verdüsbare Abfälle.
  • Nach der Erfindung sind folgende, erheblich günstigere Werte möglich:
    • 60 bis 70 %
    feste und pastöse Abfälle
    zu
    40 bis 30 %
    flüssige, über Brenner verdüsbare Abfälle.
  • Der Ausbrand der Abgase des Drehrohrofens erfolgt in einem Drehrohrofenübergangsgehäuse und einer nachgeschalteten Nachbrennkammer, die eine oder mehrere verengte, extrem hohe Turbulenzen erzeugende, die Abgase optimal durchmischende Querschnittsverengungen aufweisen. In dem Übergang kann aktivierte, auf ca. 700° C vorgeheizte, den Ofenabgasstrom schneidende und hierdurch den Mischungseffekt weiter optimierende, Verbrennungsluft eingeblasen werden. Dadurch kann eine optimale Restoxidation der Abgase bereits in der ersten Turbulenzzone erreicht werden.
  • Bei Vorfeuerung von heizwertarmen Abfällen empfiehlt es sich, anstatt Luft Sauerstoff in die vorgenannte Querschnittsverengung einzublasen, um den erforderlichen Mindest-O₂-Gehalt in der Kamin-Abluft zu garantieren.
  • Diese Zwangsdurchmischung ist effektiver als die Einstellung geringer Abgasgeschwindigkeiten und hoher Temperaturen, wie nach dem Stand der Technik, da ohne Vermischung ein Zusammentreffen von Sauerstoff und zu oxidierenden Bestandteilen, und damit ausbrennen, nicht möglich ist.
  • Schließlich ist es erfindungsgemäß möglich, das Ausbrennen der Drehrohrofenabgase in der runden Nachbrennkammer weiter zu optimieren und zusätzliche Abfälle über tangential angeordnete Brenner zu verbrennen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung des Drehrohrofens, des Übergangsgehäuses (Drehrohrofenabgabe) und der Nachbrennkammer ermöglicht es, in einem verengten Querschnitt den Abgasstrom zu beschleunigen und quer dazu aktivierte Verbrennungsluft einzublasen. Die sich einstellenden Turbulenzen sorgen für eine optimale Durchmischung der Ofenabgase mit der Verbrennungsluft. So kann in der Nachbrennkammer ein optimaler Abgasausbrand erzielt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß im Drehrohrofen selbst auf eine Optimierung des Abgasausbrandes verzichtet und die Feuerraumtemperatur je nach gewünschtem Schlackeschmelzfluß, gegebenenfalls unter Inkaufnahme einer unterstöchiometrischen Verbrennung, geregelt werden kann.
  • Die längsachsenversetzte Anordnung des Drehrohrofens zur Nachbrennkammer ermöglicht es, in den Auslauf des Drehrohrofens, durch eine Öffnung im Übergangsgehäuse, einen Schlackeschmelzbrenner einzuführen, der gegebenenfalls unter Einwirkung vorgeheizter Verbrennungsluft, arbeitet. Längsachsenversetzt heißt, daß die Öffnung im Übergangsgehäuse nicht auf der Länsachse des Drehrohrofens liegt. So erhält man eine weitere Möglichkeit, zur Steuerung des Schlackeschmelzflußes vor allem bei wechselndem Schmelzverhalten, ohne den Verbrennungsprozeß im Drehrohrofen zu beeinflussen.
  • Zur Erhöhung des Abgasausbrandes kann zudem die Nachbrennkammer weitere Querschnittsverengungen aufweisen, die den Mischeffekt zwischen Abgas und zugeführter Lüft beziehungsweise weiteren zu verbrennenden Stoffen verbessern.
    Zu dieser Verbesserung kann auch eine tangentiale Einleitung der Abgase in die Nachbrennkammer beitragen.
  • Die erste Turbulenzzone"und Brenneranordnung in der Nachbrennkammer liegt, bezogen auf die Anlagenbauhöhe, erheblich tiefer als die letzte Brennerebene in konventionellen Sonderabfallverbrennungsanlagen. Durch diese Maßnahme werden die erfindungsgemäßen Verbrennungsanlagen trotz zusätzlicher Übergangsgehäuse nicht viel teurer als die konventionellen Verbrennungsanlagen.
  • Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen
    • Fig.1
    eine erfindungsgemäße Verbrennungsanlage mit Übergangsgehäuse und Nachbrennkammer,
    Fig.2
    einen Querschnitt durch eine Nachbrennkammer einer Sonderabfallverbrennungsanlage,
    Fig.3
    einen Querschnitt durch eine Nachbrennkammer einer Sonderabfallverbrennungsanlage, gemäß Schnitt III/III in Fig. II.
  • Die Fig.1 zeigt im Schnitt einen Drehrohrofen 1 und achsenversetzt dazu eine Nachbrennkammer 3, die durch ein Übergangsgehäuse 2 und einer Übergangsquerschnittsverengung 2a miteinander verbunden sind. Die Drehrohrofenabgase gelangen über das Gehäuse 2 zu dem verengten Kammerabschnitt 2a. Dort werden die Abgase durch Einblasen von aktivierter Verbrennungsluft durch die Öffnung 4 beschleunigt und verwirbelt, so daß sie gut durchmischt in der Querschnittsverengung und Nachbrennkammer ausgebrannt werden. In der Einlaßöffnung 4 kann auch ein Brenner installiert werden. Weitere Brenner und Verbrennungsluftzuführungen können in den tangential angeordneten Einlaßöffnungen 5 der Nachbrennkammer 3 eingesetzt werden. Eine zusätzliche Öffnung 6 hat eine doppelte Funktion. Zum einen können durch diese die Flugstaubaufgabevorrichtung und ein zusätzlicher Brenner in den Auslaß des Drehrohrofens 1 eingebracht werden und, wenn nötig, kann in diese Öffnung 6 eine Luftzuführung für zusätzliche Verbrennungsluft installiert werden. Unter dem Übergangsgehäuse 2 ist ein Naßentschlacker 7 üblicher Bauart angeordnet zur Aufnahme und Abkühlung der Drehrohrofenschlacke.
  • Eine alternative Bauart einer Verbrennungsanlage zeigen die Fig.2 und 3 .
  • Von einem nicht dargestellten Drehrohrofen werden die Abgase durch ein Übergangsgehäuse 12 in die Nachbrennkammer 13 geleitet. Tangential angeordnete Zuführeinrichtungen ermöglichen es, Zusatzbrennstoff (Heizöl, Erdgas) und/oder weitere flüssige befälle in die Nachbrennkammer 13 einzubringen (Fig. 2).
  • Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Nachbrennkammer 13 gemäß Schnitt III-III in Fig. 2.
    Aus der Mündung bzw. dem Abgaseinlaß 11 der Querschnittsverengung 2a des Übergangsgehäuses 12 austretende Abgase werden in Kammer 13 nachverbrannt, gegebenenfalls durch Zudosierung weiterer Brennstoffe durch die Zuführungseinrichtung 15 und Zuführung von Verbrennungsluft durch die Ringleitung 9 und nicht dargestellte Düsen, die in der Nachbrennkammer 13 münden. Eine weitere Querschnittsverengung 14, d. h., zweite Turbulenzzone, mit Übergang zu den Abgaskanälen 10 bzw. 16 sorgt dafür, daß eine weitere intensive Durchmischung stattfindet und Grobflugasche und geschmolzene Asche in dem Behälter 8 abgelagert werden.
  • Der Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit, Schlacke und Flugstäube opotimal zu verglasen, Abgase der Verbrennungsanlage optimal auszubrennen, die Bildung von Stickoxiden im Abgaas zu minimieren, die Drehrohrofendurchsatzleitung zu steigern und den Bedarf an flüssigen Abfällen und/oder Zusatzbrennstoffen drastisch zu senken.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Verbrennen von Sonderabfällen und Einschmelzen von Flugstäuben mit einem:
    - kontinuierlich beschickbaren Drehrohrofen (1) in dem ein Schlackeschmelzbad ausbildbar ist,
    - einer Nachbrennkammer (3, 13) zum Ausbrennen von Abgasen des Drehrohrofens (1), die zur Längsachse des Drehrohrofens (1) versetzt ist,
    - einem Übergangsgehäuse (2, 12) zwischen Drehrohrofen (1) und Nachbrennkammer (3, 13), das mit einer Querschnittsverengung (2a) zum Abgaseinlaß (11) in die Nachbrennkammer (3, 13) und mit Öffnungen (4, 6) für Mittel zum Steuern des Verbrennungsprozesses ausgestattet ist,
    - einem Naßentschlacker (7) unter dem Übergangsgehäuse (2, 12) zur kontinuierlichen Aufnahme und Abkühlung aus der Auslaufseite des Drehrohrofens (1) kontinuierlich auslaufender Schlacke,
    - einer Flugstaubzufuhreinrichtung (6) am Übergangsgehäuse (2, 12) für das Einbringen von Flugstäuben in das Schlackeschmelzbad des Drehrohrofens (1),
    - Hilfsbrenner, die in Öffnungen (4, 5, 6) des Übergangsgehäuses (2, 12) und/oder der Nachbrennkammer (3, 13) einsetzbar sind,
    - Einrichtungen für eine Luftzufuhr (4, 6) in den Drehrohrofen (1) sowie in das Übergangsgehäuse (2, 12)
    - Ofenkontrolleinrichtungen zur Regelung der Feuerraumtemperatur in Abhängigkeit vom Schmelzfluß der Schlacke durch Änderung der Verbrennungsluftmenge im Drehrohrofen (1).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaseinlaß (11) vom Übergangsgehäuse (2,12) in die Nachbrennkammer (13) tangential angeordnet ist und die Nachbrennkammer (13) in Zonen (13, 14, 16, 10) unterschiedlichen Querschnitts eingeteilt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Übergängen (14) zwischen den Zonen eine Einlaßvorrichtung (9) für Verbrennungsluft angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Übergangsquerschnittsverengung (2a) in der Nachbrennkammer (13) auf der Höhenkote des Abgaseinlasses (11) tangential zusätzliche Abfallbrenner und Verbrennungslufteinblasöffnungen (5, 15) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnt durch einen Hilfsbrenner in einer Öffnung (6) im Übergangsgehäuse (2, 12) zur Regelung des Schlackeschmelzflusses im Bereich des Auslassers des Drehrohrofens (1).
  6. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung von Stickoxiden durch Zuschlagstoffe mit unterstöchiometrische Verbrennung bei reduzierter Atmosphäre minimiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoffe gebundene Flugstäube aufgegeben werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Schlackenentwicklung und dem Flugstaubschmelzverhalten in den Drehrohröfen anorganische Zuschlagstoffe aufgegeben und gegebenenfalls den Flugstäuben Glasbildner zugemischt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugstäube durch Versetzen oder Benetzen mit einem oder mehreren der Stoffe aus der Gruppe Altöl, Ölschlämme, Harze, Teer, andere energiehaltige Bindemittel gebunden und schneller schmelzbar gemacht werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbrennen der Abgase in wenigstens einer Turbulenzzone, gegebenenfalls durch Einblasen vorgeheizter, den Abgasstrom verwirbelnde Verbrennungsluft und/oder Sauerstoff intensiviert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nachbrennkammer (3, 13) zusätzliche Abfälle und/oder Verbrennungsluft eingebracht werden.
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