DE19524215A1

DE19524215A1 - Schmelzofen zur thermischen Behandlung von schwermetallhaltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen

Info

Publication number: DE19524215A1
Application number: DE1995124215
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Mechtersheimer
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: US5926498A; GB2302936B; CH691928A5; DE19524215C2; GB2302936A; GB9613340D0; JPH0921520A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzofen zur thermi schen Behandlung von schwermetallhaltigen und/oder dioxin haltigen Sonderabfällen, umfassend ein Ofengefäß, das eine Schmelzwanne zur Aufnahme einer Schmelze aufweist, mindestens eine Beschickungsvorrichtung für die Zufuhr des zu behandeln den Gutes, mindestens einen Gasauslaß, mindestens eine von der Beschickungsvorrichtung durch eine Trennwand getrennte Austragkammer, die mit der Schmelzwanne gasdicht über einen Siphon verbunden ist, mindestens eine in das Ofengefäßinnere hineinragenden ersten Heizvorrichtung und mindestens einer zweiten Heizvorrichtung in der Austragkammer.

Ein Schmelzofen dieser Bauart ist beispielsweise aus der Euro päischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 0 633 441 oder der inhaltsgleichen U.S. Patentanmeldung Ser. No. 08/268 563 vom 6. Juli 1994 bekannt.

STAND DER TECHNIK

Bei der Abtrennung von giftigen, flüchtigen chemischen Verbin dungen aus einem Gemenge von festen Partikeln wird Elektrofil terstaub von industriellen Verbrennungsanlagen mit umwelt feindlichen Schadstoffen, wie z. B. Schwermetallen und deren Verbindungen, in einem Schmelzofen bis auf über 1400°C er hitzt. Die dabei verdampfenden giftigen chemischen Verbindun gen und Elemente werden über einen Abzug aus dem Schmelzofen entfernt, kondensiert und ausgetragen. Der nicht verdampfte Rückstand wird sukzessive eingeschmolzen und die Schmelze kon tinuierlich oder intermittierend aus dem Reaktionsraum ausge tragen und zur Erstarrung gebracht. Zum Erhitzen sind im Gas raum des Schmelzofens elektrische Heizvorrichtungen vorgese hen. Diese sind von der Ofenatmosphäre durch keramische Schutzrohre getrennt.

Der Austrag erfolgt dabei häufig aus einer separaten Austrag kammer, die gasdicht über ein Syphon mit dem eigentlichen Schmelzofen verbunden ist. Dadurch wird verhindert, daß gif tige Gase in die Austragkammer und damit in die Umgebung ge langen. Weil es sich nun bei vielen zu behandelnden Abfällen nicht vermeiden läßt, daß auch in der Austragkammer noch schädliche Substanzen freigesetzt werden, ist dort ein zweiter Gasauslaß mit entsprechend nachgeschalteter Quenche notwendig. Neben den Kosten für die Quenche geht durch den Gasauslaß ein beträchtlicher Teil der Wärme in der Austragkammer verloren.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, einen Schmelzofen zur thermischen Behandlung von schwermetallhaltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen anzugeben, bei dem die in der Austragkammer vorhandene Wärme energie besser ausgenutzt werden kann sowie Ausgasungen in der Austragkammer effektiv und einfach abgeführt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Trennwand oberhalb des Niveaus der Schmelze eine oder meh rere Öffnungen vorgesehen sind, welche eine freie Verbindung zwischen Hauptofengefäß und Austragkammer herstellen.

Durch die Erfindung wird ein separater Gasauslaß in der Aus tragkammer mit nachgeschalteter Quenche entbehrlich. Die hei ßen und in geringem Maße noch Schadstoff enthaltenden Gase werden in das Hauptofengefäß geleitet und verlassen zusammen mit dem Hauptabgasstrom das Hauptofengefäß durch den (einzigen) Gasaustritt. Je nach Auslegung der Ofenheizung und Verteilung der Heizleistung auf Hauptofengefäß und Austrag kammer kann dabei sogar auf eine Heizung im oberen Teil des Hauptofengefäßes verzichtet werden, oder es können dort weni ger oder weniger leistungsfähige Heizelemente eingesetzt wer den. Ein nützlicher Nebeneffekt dieser "Zusatzheizung" besteht darin, daß die regelmäßig von der Ofendecke in das Gefäßin nere hineinragenden Heizelemente nicht mehr nur den extrem aggressiven aus der Schmelze freigesetzten Gasen und Dämpfen ausgesetzt sind, sondern auch von inerteren, d. h. weniger aggressiven Gasen und Dämpfen aus der Austragkammer bestrichen werden, was die Lebensdauer der Heizelemente positiv beein flußt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels eines Schmelzofens zur thermischen Behandlung von schwermetallhaltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt Schnitt durch einen Schmelzofen, bestehend aus einem Hauptofengefäß und einer Aus tragkammer;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schmelzofen gemäß Fig. 1 längs deren Linie AA;

Fig. 3 ein vereinfachtes Schemabild, das die Anordnung der Badelektroden und deren elektrische Anspeisung zeigt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung ist mit 1 ein Hauptofengefäß bezeichnet. In einem metallischen Gehäuse sind Bodenwand 2, Seitenwänden 3a, 3b und Decke 4 mit einer Ausmauerung 5 mit Seitenwänden 5a, 5b und Boden 5c und Decke 5d aus Feuerfestma terial, wie es beispielsweise im Glasschmelzofenbau verwendet wird. Der untere Teil des Gefäßinneren bildet die Schmelzwanne. Der zu behandelnde Filterstaub wird der Schmelzwanne über einen Einlaß 6 mittels einer Eintragvor richtung, z. B. eine Förderschnecke 7, an einer Stirnwand des Ofens zugeführt. Die Schmelze 8 verläßt den eigentlichen Ofen durch einen Syphon 9 an der gegenüberliegenden Stirnwand 10 des Hauptofengefäßes, welche zu diesem Zweck bis auf einen Durchlaß 9 an den Boden 5c heranreicht. Das Niveau N der Schmelze liegt dabei unterhalb der Förderschnecke 7 und ober halb des Durchlasses 9. Sie gelangt dann von der Austragkammer 15 durch einen Überlauf 18 ins Freie. Die durch die thermi sche Behandlung freigesetzten bzw. umgesetzten flüchtigen Stoffe verlassen den Ofen über einen Gasauslaß 11 (Fig. 2), welcher im oberen Bereich auf der Einlaßseite des Hauptofenge fäßes 1 in Decke 4 angeordnet ist. Sie werden in einer Quen che 16 schlagartig abgekühlt. Eine Saugpumpe 17 erzeugt dabei die nötige Gasströmung.

Eine erste Heizvorrichtung in Form elektrischer Heizelemente 12, welche von Schutzrohren 13 auf Keramik-Basis ummantelt sind, ragt von oben her in den Gasraum 14 des Hauptofenge fäßes 1 hinein, ohne in die Schmelze 8 einzutauchen. Die Schmelze 8 wird durch zusätzliche Heizelemente 19, 20 aufge heizt. Für diese zusätzlichen Aufheizung sind nun in der Sei tenwand 5a sowohl des Hauptofens 1 als auch der Austragkammer 15 Badelektroden 19 bzw. 20 vorgesehen, welche vergleichsweise dich;L über dem Ofenboden 5c angeordnet sind, damit sie stets von der Schmelze bedeckt sind. Die Badelektroden - sie beste hen vorzugsweise aus Molybdän - sind nachstoßbar in Durchfüh rungen 21 gehaltert, auswechselbar und außen durch Kappen 22 abgedeckt (vgl. Fig. 2). Um die Oxidation des heißen Molybdäns zu verhindern, sind die Durchführungen 21 entweder flüssigkeitsgekühlt, oder sie werden mit einem Inertgas ge spült. Die Stromversorgung erfolgt über einen Transformator 23, der primärseitig an das normale Wechselspannungsnetz ange schlossen ist.

Ein Schmelzofen, wie er im vorstehenden beschrieben wurde, das Verfahren zu seinem Betrieb, die sich im Ofen abspielenden Prozesse, sowie die Weiterbehandlung des den Ofen über den Gasauslaß 11 verlassenden flüchtigen Substanzen ist Gegen stand der EP-A-0 313 902 oder EP-A-0 359 931, auf welche hier mit zwecks Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich Bezug genommen wird. Anläßlich des Seminars "Müllverbrennung" der Technischen Akademie Esslingen in Sarnen (Schweiz) vom 2. und 3. Mai 1991, wurde ferner ein Bericht der Herren J. Jochum, H. Jodeit und E. Schmidl mit dem Titel "Die thermische Rest stoffbehandlung nach dem DEGLOR-Verfahren" verteilt, in wel chem über eine Pilottanlage in Hinwil (Schweiz) berichtet wird, die nach dem eingangs genannten Verfahren arbeitet.

Weil es sich nun bei vielen zu behandelnden Sonderabfällen kaum vermeiden läßt, daß aus der Schmelze in der Austragkam mer wenn auch kleine Mengen schädlicher gas- oder dampfförmi ger Substanzen freigesetzt werden, wurde es als unumgänglich angesehen, auch in der Austragkammer einen Gasauslaß mit nachgeschalteter Quenche und/oder Filter vorzusehen. Neben dem zusätzlichen Bauaufwand resultieren aus einem weiteren Gasaus laß Wärmeverluste. Um nun die in die Austragkammer 15 einge brachte besser Heizenergie nutzen zu können, sieht die Erfin dung vor, den Gasraum 14′ der Austragkammer 15 mit dem Gasraum 14 des Hauptofengefäßes durch eine oder mehrere Öffnungen 24 in der Trennwand 10 zu verbinden. Diese Öffnungen liegen ver gleichsweise dicht oberhalb des Niveaus N der Schmelze 8 im Bereich der unteren Hälfte, vorzugsweise im unteren Drittel der Trennwand 10. Durch diese Öffnungen 24 werden die in der Austragkammer 15 aus der Schmelze freigesetzt gas- und dampf förmigen Substanzen in den Gasraum 14 des Hauptofengefäßes 1 gesaugt. Sie umströmen dabei die elektrischen Heizelemente 12. Weil dieser Gasstrom mit weniger aggressiven Substanzen beladen ist als der aus der Schmelze im Hauptofengefäß, werden die Schutzrohre 13 der Heizelemente 12 weniger angegriffen, wo durch sich deren Lebensdauer erhöht.

Die gesamte Durchtrittsfläche der Öffnungen 24 ist i.a. klein gegenüber der Fläche der Trennwand 10 (etwa 1-10%). Sie wird im wesentlichen durch den Gasstrom bestimmt, der aus der Aus tragkammer 15 über das Hauptofengefäß abgeführt werden soll. Um Ablagerungen in den Öffnungen 24 und Rückströmungen aus dem Hauptofengefäß zu minimieren, soll in diesen die Strö mungsgeschwindigkeit des Gasstroms größer als 1 m/sec sein.

Die unterschiedliche Aggressivität der in Hauptofengefäß 1 und Austragkammer freigesetzten Gase und Dämpfe erlaubt es darüber hinaus der Austragkammer mehr Wärme zuzuführen, als es zum ge ordneten Austrag notwendig wäre, um mit diesem mehr an Wärme den eigentlichen Schmelzprozeß und insbesondere das Ausgasen des eingebrachten Sonderabfalls im Hauptofengefäß zu unter stützen. Auch dies führt zu einer geringeren Belastung der Heizelemente 12 und insbesondere ihrer Schutzrohre 13, weil sie weniger thermisch belastet sind. Diese zusätzlich Wärme kann beispielsweise durch eine größere Anzahl von Badelektro den 19 in der Austragkammer 15 zugeführt werden. Auch können dort von der Decke in den Gasraum 14′ ragende elektrische Heiz elemente 12′ mit Schutzrohren 13′ oder auch Gasbrenner (nicht eingezeichnet) vorgesehen sein. Aufgrund der geringeren Aggres sivität der in der Austragkammer 15 freigesetzten Substanzen kann gegebenenfalls sogar auf besondere Schutzrohre 13′ ver zichtet werden, oder es können Schutzrohre geringerer Qualität verwendet werden.

Mit der erfindungsgemäßen Verbindung von Hauptofengefäß 1 und Austragkammer 15 in Verbindung mit einer forcierten Wärme zufuhr zur Austragkammer 15 ist es sogar möglich, auf elektri sche Heizelemente 12 im Gasraum 14 des Hauptofengefäßes zu verzichten und den Schmelzprozeß dort nur durch Badelektroden 19 aufrechtzuerhalten.

Bezugszeichenliste

1 Hauptschmelzofen
2 Bodenwand von 1
3 Seitenwände von 1
4 Decke von 1
5 Ausmauerung
6 Einlaß
7 Förderschnecke
8 Schmelze
9 Syphon
10 Trennwand zwischen Hauptofen und Austragkammer 15
11 Gasauslaß
12, 12′ elektrische Heizelemente
13, 13′ Schutzrohre
14 Gasraum von 1
14′ Gasraum von 15
15 Austragkammer
16 Quenche
17 Saugpumpe
18 Überlauf
19, 20 Badelektroden
21 keramische Durchführungen
22 Hauben von 19, 20
23 Transformator
24 Öffnungen in 24
N Niveau der Schmelze

Claims

1. Schmelzofen zur thermischen Behandlung von schwermetall haltigen und/oder dioxinhaltigen Sonderabfällen, umfas send ein Hauptofengefäß, das eine Schmelzwanne zur Auf nahme einer Schmelze (8) aufweist, mindestens eine Be schickungsvorrichtung (7) für die Zufuhr des zu behan delnden Gutes, mindestens einem Gasauslaß (11), mindes tens eine vom Hauptofengefäß durch eine Trennwand (10) getrennte Austragkammer (15), die mit der Schmelzwanne über einen Siphon (9) verbunden ist, mindestens eine in das Ofengefäßinnere hineinragende erste Heizvorrichtung (12) und mindestens eine zweite Heizvorrichtung (20) in der Austragkammer (15), dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (10) oberhalb des Niveaus (N) der Schmelze eine oder mehrere Öffnungen (24) vorgesehen sind, welche eine freie Verbindung des Gasraums (14) des Hauptofenge fäßes (1) mit dem Gasraum (14′) der Austragkammer (15) herstellen.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (24) in der Trennwand (10) derart angeord net und ausgebildet sind, daß sich ein gerichteter Gas strom aus der Austragkammer (15) durch das Hauptofenge fäß (1) zum Gasauslaß (11) einstellt, der zumindest einige Heizelemente der ersten Heizvorrichtung (12) um spült.

3. Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Öffnung(en) (24) in der unteren Hälfte, vorzugsweise im unteren Drittel der Trennwand (10) an geordnet sind.

4. Schmelzofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Gasraum (14′) der Austragkammer (15) dritte Heizelemente (12′) hineinragen, die vorzugs weise als Gasbrenner ausgebildet sind.