DE3327203C2

DE3327203C2 - Feststoffvergaser mit Gasumwälzung und Abzug flüssiger Schlacke für Müll

Info

Publication number: DE3327203C2
Application number: DE19833327203
Authority: DE
Inventors: Jobst Prof. Dr.-Ing. 4690 Herne Hapke; Dusko 4300 Essen Ilic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1987-05-14
Also published as: DE3327203A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Müllverbrennung, bei dem die Müllbestandteile getrocknet, entgast und geschmolzen werden, wobei Heißgase über eine Schmelzzone, eine Schwelzone und eine Trockenzone im Gegenstrom zu dem Müll geführt und danach weiterverwendet werden, während die flüssige Schlacke abgezogen wird. Damit bei der Vergasung mit höheren Temperaturen und ohne fremde Stützbrennstoffe gearbeitet werden kann, soll das aus der Schwelzone austretende Heißgas als Schwelgas zusammen mit Wasserdampf in die Schmelzzone zurückgeführt und dort unter Zufuhr von Luft oder Sauerstoff zumindest teilweise verbrannt werden. ), ebenfalls in bevorzugter Weise, zwei Befestigungsdurchbrüche (23 und 24) vor

Description

Die Erfindung betrifft einen Festbrennstoffvergaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der vorgegebene Festbrennstoffvergaser soll den Einsatzstoff so vergasen, daß als Vergasungsprodukte ein heißes kohlenwasserstofffreies Produktgas und eine biologisch nicht zerlegbare sowie in bezug auf Schwermetalle nicht auslaugbare Schlacke erzeugt wird.

Bei einer Vorrichtung der beschriebenen Gattung DE-PS 5 26 420 wird ein Abstichgaserzeuger verwendet, bei dem die Vorwärmung und Schwelung des Brennstoffes durch einen Zweigstrom des im Gaserzeuger aufsteigenden, heißen Gases unter unmittelbarem Kontakt zwischen Brennstoff und Gas vor sich geht, und das übrige heiße Gas unter der Schwelzone als Produktgas abgezogen wird. Die Mischung von Generatorgas und Schwelgas wird oberhalb der Schwelzone mit einem Umwälzgebläse abgezogen und, nach einer Gasreinigung, in die Vergasungszone des Gaserzeugers über, unter oder in dessen Verschlackungszone eingeführt, so daß alles im Gaserzeuger aus dem Brennstoff erzeugte Gas als heißes Generatorgas gewonnen wird. Es ist dabei vorteilhaft, das in das Brennstoffbett eintretende Gas ganz oder teilweise mit der Luft zu verbrennen. Die Verbrennungstemperatur für Wälzgas ist niedriger als die von Koks. Die Schwelgase werden dann auch einer vollständigen Zersetzung durch Verbrennung und einer gleichzeitigen oder nachfolgenden Nachreduktion mit Kohlenstoff unterworfen. Die Gase steigen im Schacht, in dem das Generatorgas gebildet wird, aufwärts und der Hauptteil des Gases geht durch mehrere Gasabzüge zu einem Ringsammler und weiter zu dem Hauptgasaustritt. Die Schlacke und das Eisen werden von dem Schmelzherd abgestochen.

Ein weiterer Gasgenerator mit Gasumwälzung und trockenem Schlackenabzug DE-OS 26 22 266 wälzt die Gase aus dem oberen Ende der Schwelzone mit einem außenstehenden Gebläse durch eine im Schwelschacht untergebrachte Leitung direkt in das Koksbett, wo die Kohlenwasserstoffe verbrannt oder zerlegt werden. Der Vergasungsteil ist als Drehrostvergaser ausgebildet und wird nach oben hin in einem, den Schwelschacht umgebenden, konzentrischen Gasführungsteil fortgesetzt, auf dessen oberem Ende Heißgasauslaß angeordnet ist. Die Aufgabevorrichtung für das Einsatzgut wird wahlweise als Preßvorrichtung ausgebildet, insbesondere nach Art einer Kollerpresse, so daß zur Vergasung nebst stückiger Kohle als Einsatzgut wenigstens teilweise Ballastkohle oder Schlammkohle und/oder aus Müll oder papierhaltigem Abfall hergestellte Preßlinge verwendet werden können.

Infolge der Inhomogenität des Mülls ist es hierbei erforderlich, bei der Feststoffvergasung, eine Homogenisierung des Einsatzgutes im Prozeßablauf sowie die Beeinflussung des Materialdurchsatzes im Vergaser ermöglichen. Weiterhin ist z. B. im Hausmüll, durch hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen bedingt, der Koksgehalt in den Schwelrückständen niedrig, so daß die Prozeßwärme nicht durch Verheizung eines Teils von Müllkoks sondern durch Verbrennung eines anderen Brennstoffes besorgt werden muß.

Die Problematik der Müllkoksvergasung liefert darin, daß in den Schwelrückständen wenig Koks in viel Schlacke eingebettet ist, so daß der Stoffaustausch zwischen Vergasungsmittel und Kohlenstoff stark behindert wird. Andererseits findet die Vergasung an der Oberfläche statt, so daß die chemische Reaktionsgeschwindigkeit mit dem größeren Verhältnis Oberfläche zu Volumen, also mit der kleineren Stückgröße wächst. Hierdurch taucht das Problem auf, wie die Schlacke von der Kokosoberfäche zu beseitigen ist, damit dann das Koksstück getrennt von der Schlacke im Strom vom Vergasungsmittel solange aufgehalten wird bis es vollständig vergast ist.

Der Abstichgaserzeuger DE-PS 5 26 420 könnte durch teilweise Verheizung der Wälzgase aus dem Schwelschacht mit der vorgewärmten Luft die erforderliche Prozeßwärme erzeugen, so daß der Müllkoks nur noch endotherm vergast wird. In der Vergasungszone werden auch unausgebrannte Wälzgase gespalten so daß ein kohlenwasserstofffreies Produktgas erzeugt wird. Durch Änderung von Wälzgasmenge kann auch der Materialdurchsatz beeinflußt werden dadurch, daß z. B. bei einer Steigerung der Wälzgasmenge auch Stoffumsatz und Wärmeübergang erhöht werden. Eine Homogenisierung des Einsatzstoffes im Prozeßablauf, besonders für die Müllvergasung wichtig, kann jedoch nur vor der Müllaufgabe erfolgen, z. B. durch Müllzerkleinerung und eine weitgehende Entaschung vom Müll durch Absieben vom Feinkorn. Das Feinkorn müßte gesammelt und unter Schutz vor Grundwasser auf eine Deponie gebracht werden.

In dem Drehrostgenerator DE-OS 26 22 266 könnten auch durch Einführung der Wälzgase in das Koksbett gleiche oder ähnliche Vorteile erzielt werden. Eine Homogenisierung des Brennstoffes kann jedoch, wie vorher ausgeführt, nur vor Beschickung des Generators erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß die erwähnten Nachteile nicht zum Tragen kommen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhaft sind der Rostboden und die Schmelzkammer in ein Abhitzesystem einbezogen, in dem der Vergaserteil (bei 10, 11, 15) und die Schmelzkammer (16) mit Kesselrohren ausgekleidet sind, die zusammen mit denen des Rostbodens (14) und mit im Produktgaskanal (13) angeordneten Überhitzern (31) an eine Dampfkesseltrommel (24) angeschlossen sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Müll ohne jede Aufbereitung in den Vergaser aufgegeben werden kann. Die eigentliche Homogenisierung findet, nachdem der Wasserdampf und die Schwelgase abgeführt sind, erst in der Vergasungszone statt, indem die Schlacke aus den Schwelrückständen verflüssigt durch den Rost abtropft und die von Schlacke befreiten Koksstücke vergasen bis sie kleiner als die Rostspalte werden. Auf dem Schmelzkammerboden geht das Nachvergasen von kleinen Koksstücken zügiger vor sich, weil das Verhältnis Oberfläche zu Volumen immer größer und die Reaktionszeit dementsprechend kürzer wird.

In die Schmelzkammer kann auch Flugstaub aus den Gaszügen eingeblasen und dort in der Schwebe vergast und geschmolzen werden. Hierdurch entsteht eine biologisch nicht abbaubare und in bezug auf Schwermetalle nicht auslaugbare Schlacke, die nach Granulierung in einem Wasserbad als Ersatz für Kies für Bauzwecke verwendet werden kann. Einen weiteren Vorteil bringt die mit den Gasbrennern beheizte Schmelzkammer dadurch mit sich, daß die Gastemperatur unterhalb der Vergasungszone über den ganzen Schachtquerschnitt gleich ist und damit die Temperaturüberwachung und -regelung vereinfacht wird.

Der mit dem Vergaser integrierte Dampferzeuger besorgt kostensparend den überhitzten Dampf zur Stromerzeugung für den Eigenbedarf einschließlich der Luftzerlegung zur Sauerstoffgewinnung, wobei der Sauerstoff für Müllvergasung und der flüssige Stickstoff anderweitig verwendet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben, es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Festbrennstoffvergaser für Müll,
Fig. 2 einen dazu senkrechten Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1.
Der in der Zeichnung dargestellte Feststoffvergaser 1 besitzt oben eine Einfüllöffnung 2, über die wahlweise ein Deckel 3 oder ein Einfülltrichter 4 gebracht werden kann. Deckel 3 und Einfülltrichter 4 sind auf einen verschiebbaren Wagen 5 montiert. Oberhalb der Einfüllöffnung 2 befindet sich ein verfahrbarer Füllkübel 6 für die Beschickung des Festbrennstoffvergasers 1 mit Müll.
Die Einfüllöffnung 2 befindet sich am oberen Ende einer pyramidenförmigen Abdachung 7, die auch einen Wälzgasabzug 8 aufweist, welcher in einer Rückführleitung 9 mündet. Unterhalb dieser Abdachung 7 steht eine Trocknungszone 10, die sich oberhalb einer Schwelzone 11 befindet. Im Bereich der Schwelzone 11 erstreckt sich am inneren Umfang der Schachtwände 34 ein Gasabzugsringkanal 12, der nach unten zur Vergasungszone offen ist, so daß über eine schräge Brennstofffläche Gas gesammelt und durch den Produktgaskanal 13 abgezogen wird. Ein Rostboden 14 aus Kesselrohren begrenzt eine unterhalb der Schwelzone befindliche Vergasungszone 15 und hält die Schwelrückstände dort zurück, wobei die Schlacke verflüssigt und der Müllkoks vergast. Von der Schmelzkammer 16 gehen Schächte 17 für den Abzug flüssiger Schlacke aus.
Hinter dem Wälzgasabzug 8 befindet sich in der Rückführleitung 9 ein Teerabscheider 18, in dem die abgezogenen Gase gereinigt werden. Die im Teerabscheider anfallenden Teerstoffe werden Brennern 19 zugeführt, die im Bereich der Schmelzkammer 16 angeordnet sind und in denen die Teerstoffe mit Sauerstoff verbrannt werden.
Die Rückführleitung 9 führt dann über ein Umwälzgebläse 20 zu Wärmetauschern 21, 22, die im Produktgaskanal 13 angeordnet sind. Hier werden die vom Umwälzgebläse 20 durch die Rückführleitung 9 geförderten Wälzgase mit der fühlbaren Wärme der durch den Gasringkanal 12 abgezogenen und durch den Produktgaskanal 13 geführten Gase aufgeheizt. Die Rückführleitung 9 endet jedenfalls an Brennern 23 im Bereich der Schmelzkammer. Hier wird diesen Gasen Sauerstoff in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Gase in den Brennern 23 teilweise verbrannt werden.
Das aus dem oberen Teil der Schwelzone 11 austretende Gas, das Schwelgas, wird nach Entteerung im Teerabscheider 18 zusammen mit Wasserdampf in Wärmetauschern 21, 22 aufgeheizt. Nach der Aufheizung wird das Schwelgas in den Brennern 23 zum Teil mit Sauerstoff verbrannt und in die Schmelzkammer 16 eingeführt. Dabei entstehen im unteren Teil des Vergasers Temperaturen von ca. 1500°C, die ausreichen, alle noch nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe zu spalten und den Kohlenstoff der Schwelrückstände mit Sauerstoff, der insbesondere aus dem Wasserdampf abgespalten wurde, zu Kohlenmonoxid zu oxidieren. Die im Vergaserschacht 15, 11, 10, aufsteigenden Gase bestehen aus brennbaren Komponenten, nämlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie dem Ballast in der Form von Kohlendioxid, Wasserdampf und etwas Stickstoff.
Infolgedessen schmilzt die Schlacke und tropft durch den Rost während der Koks auf dem Rost vergast bis die Stückgröße kleiner als die Rostspalten wird und danach auf dem Schmelzkammerboden nachvergast, so daß zuletzt nur noch die flüssige Schlacke durch die Schächte 17 den Vergaser verläßt, die in einem nicht dargestellten Wasserbad granuliert.
Das durch den Gasringkanal 12 abgezogene Produktgas gibt im Produktgaskanal 13 seine fühlbare Wärme über die Wärmetauscher 21, 22 zumindest teilweise ab und wird anschließend in nicht dargestellter Weise gekühlt und weiterbehandelt, z. B. entstaubt und von Schadstoffen ausgewaschen, so daß als Endprodukt ein heizwertreiches Gas von hoher Reinheit zur Verfügung steht.
In der Zeichnung ist außerdem dargestellt, daß der Vergaser ein umfangreiches Abhitzesystem aufweist. Die bei der Müllvergasung anfallende Wärme wird zur Erzeugung von überhitztem Hochdruckdampf genutzt. Aus einer neben dem Vergaser angeordneten Kesseltrommel 24 gelangt Wasser über Fallrohre 25 und Zuführungsrohre 26 zu Eintrittssammlern 27 im Bereich der Schmelzkammer 16 und der Schachtwände 34. In das Abhitzesystem ist auch der Rostboden 14 einbezogen, der aus von Wasser oder Dampf durchflossenen Kesselrohren besteht, die, wie dargestellt, an die Eintrittssammler 27 angeschlossen sind. Der im Bereich der Schmelzkammer 16, der Schachtwände 34 und des Rostbodens 14 erzeugte Dampf gelangt über Austrittssammler 28 und Dampfabführungsrohre 29 wieder in die Kesseltrommel 24. Der dort vorhandene Sattdampf wird über eine Leitung 30 zu einem Überhitzer 31 geleitet, der sich im Produktgaskanal 13 unmittelbar hinter der Mündung des Gasabzugsringkanals 12 befindet. Zur Konstanthaltung der Dampfüberhitzungstemperatur wird ein Heißdampfkühler 32 in dem Überhitzer 31 zwischengeschaltet. Der mit dem Abhitzesystem erzeugte Heißdampf kann zur Stromerzeugung oder für andere Zwecke eingesetzt werden.
Die flüssige Müllschlacke ist sehr aggressiv, daher müssen alle Rohrwände, die mit flüssiger Schlacke in Berührung kommen, gegen Korrosion mit einer geeigneten Schutzschicht ausgekleidet werden; insbesondere sind Schmelzkammer 16, Rostboden 14 und Vergasungszone 15 davon betroffen. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Schicht muß jedoch zulassen, daß die Schlacke an der Schicht einfrieren kann, um ein Auslaugen derselben zu verhindern.

Claims

1. Festbrennstoffvergaser mit Gasumwälzung und Abzug flüssiger Schlacke für Müll, bestehend aus einem Schacht mit verschließbarer Einfüllöffnung, einem oberen Abzug für Schwelgase und einem mittleren ringförmigen Abzugskanal für das Produktgas sowie einem unteren Schlackenabzug, wobei ein Teil des Produktgases innerhalb des Schachtes durch den Frischbrennstoff zu dessen Schwelung nach oben zieht und dieses Schwelgas nach einem Gasreiniger und einem Gebläse zusammen mit sauerstoffhaltigem Vergasungsmittel Brennern zugeführt wird, die an einer Schmelzzone angeordnet sind, für den Einsatzbrennstoff Müll, dadurch gekennzeichnet,

- daß unterhalb eines aus kühlmitteldurchströmten Kesselrohren gebildeten Rostbodens (14) die Schmelzzone in Form einer Schmelzkammer (16) angeordnet ist,

- daß in der Schwelgasableitung (9) ein Teerabscheider (18) angeordnet ist, dessen Teer gesonderten Brennern (19) zugeleitet wird, und

- daß Wärmeaustauscher (21, 22) für das entteerte Schwelgas in den Produktgaskanal (13) eingeschaltet sind.

2. Festbrennstoffvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaserteil (bei 10, 11, 15) und die Schmelzkammer (16) mit Kesselrohren ausgekleidet sind, die zusammen mit denen des Rostbodens (14) und im Produktgaskanal (13) angeordneten Überhitzern (31) an eine Dampfkesseltrommel (24) angeschlossen sind.