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DE4435166C1 - Verfahren zur Verglasung von Reststoffen - Google Patents

Verfahren zur Verglasung von Reststoffen

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Publication number
DE4435166C1
DE4435166C1 DE4435166A DE4435166A DE4435166C1 DE 4435166 C1 DE4435166 C1 DE 4435166C1 DE 4435166 A DE4435166 A DE 4435166A DE 4435166 A DE4435166 A DE 4435166A DE 4435166 C1 DE4435166 C1 DE 4435166C1
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DE
Germany
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exhaust gas
furnace
glass melting
regenerators
batch
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DE4435166A
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English (en)
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Guenther Prof Dr Ing Woelk
Gerd Prof Dr Ing Walter
Ulrich Dr Ing Grabenhorst
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JUSTUS GOETZ VOLKER DR ING
Original Assignee
JUSTUS GOETZ VOLKER DR ING
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Filing date
Publication date
Application filed by JUSTUS GOETZ VOLKER DR ING filed Critical JUSTUS GOETZ VOLKER DR ING
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Priority to DE4445745A priority patent/DE4445745C2/de
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verglasung von Reststoffen, wie Klärschlämmen, kontaminierten Schlämmen oder Böden, Schlacken, Filterstäuben, insbesondere aus Müllverbrennungsanlagen, wobei die Reststoffe in einer Aufbereitungsanlage aufbereitet werden, in einer Gemengeanlage die aufbereiteten Reststoffe und Glasbildner gemischt und dosiert werden, in einer mit Feuerung betriebenen Glasschmelzanlage das Gemenge aufgeschmolzen wird, die mit einer Einrichtung zur regenerativen Wärmerückgewinnung aus den Rauchgasen der Feuerung gekoppelt wird, wobei die Rauchgase über eine Reinigungsanlage abgegeben werden.
Eine Anlage zur Verglasung von Reststoffen ist im Beiheft zur Zeitschrift "Müll und Abfall" Nr. 31, 1994, Entsorgung von Schlacken und sonstigen Reststoffen, Seite 167 bis 172, beschrieben, wobei dort ein regenerativer Betrieb nicht möglich ist.
Ein Verfahren und eine Einrichtung zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen, insbesondere zur regenerativen Wärmerückgewinnung aus den Rauchgasen einer Feuerung ist aus der EP 0 362 553 B1 bekannt.
Solche Anlagen dienen zur Herstellung von remineralisierten Produkten aus Reststoffen, wie zum Beispiel kommunalen oder industriellen Klärschlämmen, kontaminierten Schlämmen aus Flüssen, Seen und Hafenbecken, Schlacken und Filterstäuben aus Müllverbrennungsanlagen sowie kontaminierten Böden von industriellen oder auch militärischen Standorten und dergleichen. Die Reststoffe werden in solchen Anlagen eingeschmolzen und anschließend zu laugungsresistenten Wertstoffen weiterverarbeitet.
Die aus der Glasschmelzanlage abzunehmenden finalen Stoffströme sind in drei Komponenten zu unterteilen.
Eine erste Komponente dient der Herstellung von Formbauteilen aus der ersten Hitze.
Je nach Abkühlungsverhalten kann eine dominant glasige oder eine dominant kristalline Matrix produziert werden. Solche Formbauteile sind unter anderem für folgende Bereiche einsetzbar: Abrasionsschutz, Abwassersysteme, Deichbauten, Formglas, Kabelführungen, Säurebau.
Eine zweite Komponente kann zur Herstellung von Schmelzgranulat verwendet werden, welches beispielsweise im Straßenbau einsetzbar ist.
Eine dritte Komponente ist die in der Glasschmelzanlage sich in Folge ihres hohen spezifischen Gewichtes im Bodenbereich absetzende metallische "Bodensau", die weiterbearbeitbar oder verarbeitbar ist.
Eine weitere Komponente entsteht schließlich durch Abscheidung und Verarbeitung der Schwermetalle und Alkalien aus der Dampfphase, die aber im Prozeßkreislauf verbleibt bzw. der Aufbereitung zugeführt wird.
Um mit solchen Anlagen wirtschaftlich arbeiten zu können, ist es erforderlich, die aus der Glasschmelzanlage abströmenden Abgase zur regenerativen Vorwärmung der Verbrennungszuluft zu nutzen.
In der EP 0 362 553 ist eine derartige regenerative Wärmerückgewinnung und Nutzung für die Verbrennungsluft­ vorwärmung an sich bekannt.
Nachteilig dabei ist, daß durch die Kondensation von im Abgas befindlichen Bestandteilen sich derartige Regeneratoren im Laufe der Zeit zusetzen und die entsprechenden Komponenten ausgewechselt werden müssen, die mit entsprechenden Kondensaten zugesetzt sind. Das Kondensat muß im übrigen in aufwendiger Weise wieder in den Prozeß zurückgeführt werden, damit die entsprechenden Bestandteile nicht als Sondermüll anfallen.
Aus der DE 42 26 642 A1 ist ein regenerativer Glas­ schmelzofen und ein Verfahren zum Betreiben dieses Glas­ schmelzofens bekannt. Dort ist zwar eine Anlage mit Regeneratoren und Rekuperatoren vorbekannt, jedoch dienen dort die Rekuperatoren nur zur Luftvorwärmung. In den Regeneratoren erfolgt schon eine Kondensatbildung und Abscheidung. Hieraus resultieren die Nachteile, die schon oben beschrieben sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei dem trotz regenerativer Wärmerückgewinnung aus den Rauchgasen zur Vorwärmung der Verbrennungsluft der Glasschmelzanlage das Entstehen von zusätzlichen zu entsorgenden Rückständen vermieden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß zwischen die Gemengeanlage zum Mischen und Dosieren der Reststoffe und Glasbildner und die Glasschmelzanlage eine Vorrichtung zur Trocknung, Entgasung, Oxidation und Sinterung des dosierten Gemenges eingeschaltet wird, daß die Regeneratoren zur Erhitzung der Verbrennungsluft für die Glasschmelzanlage im Gegenstrom zur zugeführten Verbrennungsluft vom Abgas der Glasschmelzanlage durchströmt werden, wobei die Abgastemperatur beim Durchsatz der Regeneratoren auf einem solchen Niveau gehalten wird, daß eine Kondensatbildung vermieden wird und daß den Regeneratoren ein Rekuperator nachgeschaltet wird, der vom Abgas durchströmt wird und in dem dessen Kondensate aus der Dampfphase abgeschieden und der Aufbereitungsanlage zugeführt werden, wobei im Rekuperator die Verbrennungsluft für die Vorrichtung zur Trocknung, Entgasung, Oxidation und Sinterung des dosierten Gemenges vorgewärmt wird.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß als Vorrichtung zur Trocknung, Entgasung, Oxidation und Sinterung des dosierten Gemenges ein Drehherdofen eingesetzt wird, der mit fossilen und/oder anderen Brennstoffen beheizt und in den vorgewärmte Verbrennungsluft eingeführt wird.
Zur optimalen Nutzung der Abgasenergie aus der Glasschmelzanlage wird eine Kombination von Regeneratoren und Rekuperator eingesetzt. In den Regeneratoren wird die Verbrennungsluft für die Glasschmelzanlage erhitzt. Nach Verlassen der Regeneratoren wird das Abgas in einen Rekuperator geleitet. Im Rekuperator werden die Kondensate aus der Dampfphase abgeschieden und die Verbrennungsluft für den Drehherdofen erhitzt. Um die Kondensatbildung in den Regeneratoren zu vermeiden, ist es erforderlich, insbesondere durch bauliche Maßnahme, die kälteren Bereiche nicht unter eine Temperatur absinken zu lassen, in denen eine Kondensatbildung erfolgt.
Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, daß die Abgase des Drehherdofens oder dergleichen einer fossil beheizten Abgasnachverbrennungsstufe zugeführt werden, die eingangsseitig an den Glasschmelzofen angeschlossen wird.
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, daß die Abgastemperatur der Regeneratorstufe auf mindestens 850°C gehalten wird.
Zudem ist bevorzugt, daß die gesamte Anlage unter atmosphärischem Normaldruck oder geringem Unterdruck, bedingt durch den Einsatz von Saugzügen, betrieben wird. Eine weitere bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, daß als Glasschmelzofen ein SM-Ofen eingesetzt wird.
Der erfindungsgemäße Drehherdofen kann mit Brennstoffen minderer Qualität, wie beispielsweise Altölen, Petrolkoks oder Kohleschlämmen autotherm betrieben werden. Der Einsatz von hochwertigen Energieträgern oder reinem Sauerstoff ist nicht erforderlich.
Die Betriebstemperaturen der einzelnen Anlagenteile sind etwa folgende:
Der Drehherdofen wird bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 1300°C betrieben.
Der Glasschmelzofen wird zwischen 1300°C und 1700°C betrieben.
Die Regeneratoren werden zwischen 1700°C und 850°C betrieben.
Der Rekuperator wird zwischen 1200°C und 200°C betrieben.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das zur vollständigen Umwandlung von Reststoffen in umweltfreundliche Wertstoffe dient. Mit dem Verfahren werden keine zusätzlichen Reststoffe erzeugt, die wiederum Deponien zugeführt werden müßten. Die gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Abgasreinheit und dergleichen werden eingehalten.
Die Anlieferung der Reststoffe, die mit dem Verfahren verarbeitet werden sollen, kann per Schiff oder per Bahn erfolgen, wobei eine Zwischenlagerung in Bunkern oder Silos möglich ist. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Einsatzgut aufbereitet. Hierzu gehört die Klassierung, die Abscheidung der metallischen Komponenten, die Zerkleinerung, Pelletisierung und Trocknung. In einem zweiten Schritt werden die aufbereiteten Eingangsstoffe analysiert.
Nach den Ergebnissen der analytischen Untersuchung werden entsprechende Menüs erstellt, die den genauen Versatz zur Erzeugung der gewünschten Glassorte beinhalten. Im dritten Schritt werden die Versätze einer thermischen Vorbehandlung in dem Drehherdofen unterzogen. Anstelle eines Drehherdofens kann auch ein Drehrohrofen, ein Schachtofen, ein Wirbelschichtofen oder ein Etagenofen eingesetzt werden.
Die Vorbehandlung im Drehherdofen ist allerdings bevorzugt. Dabei erfolgt eine Trocknung und Entgasung bis zu etwa 400°C, nachfolgend eine Oxidierung bis zu ca. 800°C und anschließend eine Sinterung bis zu ca. 1200°C. Anschließend wird der heiße Versatz unmittelbar über entsprechende Austragsorgane in die Glasschmelzanlage (vorzugsweise ein SM-Ofen oder eine Glaswanne) chargiert und je nach Zusammensetzung zwischen 1400°C und 1600°C eingeschmolzen. Im Verlauf des Schmelzprozesses werden restlos alle toxischen organischen Verbindungen zerstört und die verbliebenen Schwermetalloxide werden in die Glasmatrix eingebunden.
Die sich unter dem Glasbad bildende metallische "Bodensau" wird von Zeit zu Zeit abgestochen und zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Je nach Ofengröße und Leistung wird die Glasschmelze nach einer Verweildauer von mehreren Stunden abgestochen und entsprechend der finalen Produktlinien weiterverarbeitet.
Das Abgas aus dem Schmelzaggregat wird zur Vorwärmung der Verbrennungsluft durch die Regeneratoren geleitet. Von dort gelangt es zu einem Rekuperator, in dem Schwermetall- und Alkalidämpfe abgeschieden und die Luft für den Drehherdofen vorgewärmt wird. Anschließend wird es einer mehrstufigen Abgasreinigung zugeführt und dort entsprechend den gesetzlichen Vorschriften gereinigt.
Die vom Gesetzgeber vorgeschriebene Verweilzeit der Abgase im Drehherdofen von 2 Sekunden wird durch eine Verlängerung des Abgaskanals bewerkstelligt, wobei der Abgaskanal so gestaltet ist, daß gleichzeitig Stäube abgeschieden und dem Schmelzbad zugeführt werden können.
Die erfindungsgemäße Verfahrensführung ist energetisch äußerst vorteilhaft, da kein reiner Sauerstoff benötigt wird. Der Drehherdofen kann mit Brennstoffen minderer Qualität autotherm betrieben werden. Durch die sehr gute Ausnutzung der Abgasenergie in Verbindung mit den Regeneratoren und Rekuperator wird der Energieverbrauch minimiert. Der Einsatz von SM-Öfen als Glasschmelzanlage ist besonders bevorzugt, weil es hierdurch ermöglicht ist, daß beispielsweise bestehende, stillgelegte industrielle Standorte von SM-Öfen oder auch von Glaswannen reaktiviert werden können, und zwar mit geringem investivem Aufwand und mit einer beschleunigten Genehmigungsprozedur, da die Standorte an sich schon festliegen.
Nachstehend ist anhand eines Ablaufschemas der Verfahrensablauf verdeutlicht und eine Anlagenkonzeption gezeigt.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Konzept einer Einschmelz- und Remineralisierungsanlage;
Fig. 2 ein Fließschema für eine Einschmelzanlage in Ansicht.
In Fig. 1 ist das Konzept einer Einschmelz- und Remineralisierungsanlage gezeigt. Die Ausgangsstoffe (MVA-Schlacken und Filterstäube, Klärschlämme, konterminierte Böden und Schlämme, SMVA-Schlacken und dergleichen) werden einer Aufbereitung zugeführt. In der Aufbereitung werden die Ausgangsstoffe klassiert. Es erfolgt eine Metallabscheidung. Desweiteren werden die Ausgangsstoffe dort zerkleinert, gemischt, pelletisiert und getrocknet. Die abgeschiedenen Metalle (Fe- und NE-Metalle) werden abgeschieden und einer Analytik zugeführt. Die aufbereiteten Stoffe werden einer Dosierung zugeführt und in Menüs einem Drehherd­ ofen zugeführt, der mit Heizmedium gespeist ist und in dem eine Trocknung und Entgasung sowie Oxidation und Sinterung der eingegebenen Mengen erfolgt. Das so vorbehandelte Gemenge wird in einem Glasschmelz­ ofen eingegeben, wobei eine Abgasnachverbrennung der Abgase des Drehherdofens erfolgt und unter Zuführung von Heizmedium in den Glasschmelzofen eingeführt wird. Zusätzlich wird noch weiteres Heizmedium in den Glasschmelzofen eingeführt. Aus dem Glasschmelzofen wird die Schmelze abgezogen und daraus werden Finalprodukte abgeleitet. Das im Glasschmelzofen anfallende Metall wird abgestochen, analysiert und weiterer Verwendung zugeführt. Auch die Glasschmelze des Glasschmelzofens wird analysiert. Ferner sind Regeneratoren zur Erhitzung von Verbrennungsluft für den Glasschmelzofen vorgesehen, wobei im Gegenstrom zur zugeführten Verbrennungsluft das Abgas von dem Glasschmelzofen geführt wird. Die Abgastemperatur wird beim Durchsatz der Generatoren auf einem solchen Niveau gehalten, daß eine Kondensatbildung vermieden wird. Den Regeneratoren ist ein Rekuperator nachgeschaltet, der vom Abgas durchströmt wird und in dem dessen Kondensate aus der Dampfphase abgeschieden werden. Diese Kondensate werden analysiert und der Aufbereitung zugeführt. Im Rekuperator wird zudem die Verbrennungsluft für den Drehherdofen vorgewärmt. Im Anschluß an den Rekuperator erfolgt eine mehrstufige Abgasreinigung entsprechend 17.BlmSchV. Die Abgase werden dann über den Schornstein abgegeben.
Die Abgasreinigungsprodukte werden analysiert und der Aufbereitung zugeführt. In Fig. 2 ist ein Fließschema für eine Einschmelzanlage in Ansicht gezeigt. Mit 1 ist ein Bindemittelsilo bezeichnet. Bei 2 ist ein Rohstoffbunker angegeben, aus dem über einen Kratzkettenförderer 3 die Rohstoffe abgezogen werden. Diese Rohstoffe werden dann einem Fe-Metallabscheider 4 und einem NE-Metallabscheider 5 zugeführt. Anschließend werden die Rohstoffe gesiebt in einem Sieb 6, mit einer Maschenweite von 0,5 bis 5 mm. Größere Bestandteile werden in einem Knollenbrecher 7 gebrochen und erneut dem Sieb 6 zugeführt. Von diesem Sieb 6 wird ein Dosierbehälter 8 mit Pelletierteller 9 beschickt. Ferner werden Zuschlagstoffe 10 hinzugeführt und diese Bestandteile in einen Aufgabebunker 11 eingeführt. Dem Aufgabebunker 11 nachgeordnet ist ein Drehherdofen 12 mit Brenner 13 und Nachbrennkammer 14. Der Nachbrennkammer nachgeordnet ist ein Glasschmelzofen 15 mit Finalproduktabzug 16. Vom Glasschmelzofen 15 wird das Abgas durch Regeneratoren 17 geleitet, die im Gegenstrom von Verbrennungsluft durchströmt sind. Die Gasströmung kann durch die Elemente 18 von Abgas auf Heißluft gewechselt werden.
Bei 19 ist ein Rekuperator angegeben, der den Regeneratoren 17 nachgeschaltet ist. Verbrennungsluft wird bei 20 in den Rekuperator 19 eingeführt. Bei 21 ist die Brennstoffzufuhr zum Drehherdofen 12 und Brenner 13 und zu den Regeneratoren 17 angegeben. Weitere Anlagenbestandteile sind in Fig. 2 rechts gezeigt. Es handelt sich dabei um einen ersten Wärmetauscher 22, einem zweiten Wärmetauscher 23, einen Sprühabsorber 24, ein Schlauchfilter 25, einen zweistufigen Wäscher 26, einen Kalkmilchbehälter 27, einen Neutralisationsbehälter 28, eine Zufuhr von Prozeßwasser 29, ein Adsorbens-Silo 30, eine Trockensorption, Kontaktstrecke 31, ein zweites Schlauchfilter 32, einen weiteren Wärmetauscher 33, eine Ammoniakeindüsung 34, einen Katalysator 35, einen Schorn­ stein 36 und einen Saugzug 37. Mit dem Saugzug wird die gesamte Anlage vornehmlich unter geringem Unterdruck betrieben. Die angegebenen Elemente dienen zur Abgasreinigung und sind nur erläuternd angegeben.
Bezugszeichenliste
1 Bindemittelsilo
2 Rohstoffbunker
3 Kratzkettenförderer
4 Fe-Metallabscheider
5 NE-Metallabscheider
6 Sieb < 0,5 mm bis < 5mm
7 Knollen-Brecher
8 Dosierbehälter
9 Pelletierteller
10 Zuschlagstoffe
11 Aufgabebunker
12 Drehherdofen
13 Brenner
14 Nachbrennkammer
15 Glasschmelzofen
16 Finalproduktabzug
17 Regeneratoren
18 Wechsel Abgas/Heißluft
19 Rekuperator
20 Verbrennungsluft
21 Brennstoff
22 Wärmetauscher 1
23 Wärmetauscher 2
24 Sprühabsorber
25 Schlauchfilter 1
26 2-stufiger Wäscher
27 Kalkmilch-Behälter
28 Neutralisations-Behälter
29 Prozeßwasser
30 Adsorbens-Silo
31 Trockensorption, Kontaktstrecke
32 Schlauchfilter 2
33 Wärmetauscher 3
34 Ammoniakeindüsung
35 Katalysator
36 Schornstein
37 Saugzug.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verglasung von Reststoffen, wie Klärschlämmen, kontaminierten Schlämmen oder Böden, Schlacken, Filterstäuben, insbesondere aus Müllverbrennungsanlagen, wobei die Reststoffe in einer Aufbereitungsanlage aufbereitet werden, in einer Gemengeanlage die aufbereiteten Reststoffe und Glasbildner gemischt und dosiert werden, in einer mit Feuerung betriebenen Glasschmelzanlage das Gemenge aufgeschmolzen wird, die mit einer Einrichtung zur regenerativen Wärmerückgewinnung aus den Rauchgasen der Feuerung gekoppelt wird, wobei die Rauchgase über eine Reinigungsanlage abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Gemengeanlage zum Mischen und Dosieren der Reststoffe und Glasbildner und die Glasschmelzanlage (15) eine Vorrichtung zur Trocknung, Entgasung, Oxidation und Sinterung des dosierten Gemenges eingeschaltet wird, daß die Regeneratoren (17) zur Erhitzung der Verbrennungsluft für die Glasschmelzanlage (15) im Gegenstrom zur zugeführten Verbrennungsluft vom Abgas der Glasschmelzanlage (15) durchströmt werden, wobei die Abgastemperatur beim Durchsatz der Regeneratoren (17) auf einem solchen Niveau gehalten wird, daß eine Kondensatbildung vermieden wird, und daß den Regeneratoren (17) ein Rekuperator (19) nachgeschaltet wird, der vom Abgas durchströmt wird und in dem dessen Kondensate aus der Dampfphase abgeschieden und der Aufbereitungsanlage zugeführt werden, wobei im Rekuperator (19) die Verbrennungsluft für die Vorrichtung zur Trocknung, Entgasung, Oxidation und Sinterung des dosierten Gemenges vorgewärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur Trocknung, Entgasung, Oxidation und Sinterung des dosierten Gemenges ein Drehherdofen (12) eingesetzt wird, der mit fossilen Brennstoffen beheizt und in den vorgewärmte Verbrennungsluft eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Vorrichtung zur Trocknung, Entgasung, Oxidation und Sinterung des dosierten Gemenges einer fossil beheizten Abgasnachverbrennungsstufe (14) zugeführt werden, die eingangsseitig an den Glasschmelzofen (15) angeschlossen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur der Regeneratorstufe (17) auf mindestens 850°C gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anlage unter atmosphärischem Normaldruck oder geringem Unterdruck, bedingt durch den Einsatz von Saugzügen (37), betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasschmelzofen (15) ein SM-Ofen eingesetzt wird.
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