WO1999060320A2

WO1999060320A2 - Koksbeheizter kreislaufgas-kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen verwertung von abfallmaterialien unterschiedlicher zusammensetzung

Info

Publication number: WO1999060320A2
Application number: PCT/EP1999/003012
Authority: WO
Inventors: Hans Ulrich Feustel; Joachim Mallon; Michael Schaaf; Klaus Scheidig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1999-05-04
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2000-11-16
Also published as: EP1095235A2; HUP0004051A2; CA2296412A1; AU4036399A; PL340385A1; WO1999060320A3; JP2003527551A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausführungsform der Anordnung der unteren Absaug- und Gasberuhigungsringkammer (12) an einem koksbeheitzten Kreislaufgas-Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzungen nach Hauptpatent P 196 40 497, welche die Absaugung noch nicht vollständig in seine Grundbestandteile CO, H2, H2O, CO2 sowie in ihre Spurenkomponenten zerlegten oder bereits wieder zurückgebildete gasförmigen Organika sicher verhindert. Erreicht wird dies, in dem die untere Absaug- und Gasberuhigungsringkammer (12) unterhalb bis zur Ebene der durch die Lage der Gasstrahlverdichter (24) gebildeten Schmelz- und Überhitzungszone angeordnet wird. Diese Anordnung bewirkt, daß das Überschußgas direkt aus der Schmelz- und Überhitzungszone mit hohen Temperaturen um 2000 °C aus dem Ofenschacht abgezogen wird. Das Überschußgas wird ebenfalls durch die glühende Koksschicht der Schmelz- und Überhitzungszone des koksbeheizten Kreislaufgas-Kupolofen geführt. Durch die energieverbrauchende Wirkung des Boudouard-Gleichgewichtes wird CO2 unter Absenkung der Gastemperatur zu CO umgesetzt. Gleichzeitig erfolgt strömungstechnisch die Abspaltung des Überschußgases vom Prozeßgas.

Description

Besehreibung Koksbeheizter Kreislaufgas-Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung

Die Erfindung betrifft einen koksbeheizten Kreislaufgas- Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzungen nach Hauptpatent P 196 40 497. Der vom Begichtungstrichter bis zum Herd konisch erweiterte und aus konisch erweiterten und/oder zylindrischen Ofenschüssen bestehende Ofenschacht des Kreislaufgas-Kupolofens hat im Bereich der Kreislaufgas- und Überschußgasabsaugebene je eine großvolumige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer, die durch ein Ofenschachtteil mit querschnittsverjüngender Einengung und mit einer darin eingebauten, schräg zur Schmelz- und Uberhitzungszone gerichteten Sauerstoff-Direkt- injektionslanze verbunden sind. Unterhalb des Begichtungs- trichters ist ein zusätzlicher Gasabzug angeordnet und in der oberen Absaug- und Gasberuhigungsringkammer ist ein Rohrstutzen für ein Schauloch oder für die Installation eines Zusatzbrenners angebracht. Die untere Absaug- und Gasberuhigungsringkammer ist direkt mit einer Feststoffzuführungs- schleuse verbunden, sowie einem Überschußgasabsaugstutzen und einer oder mehreren Wasserzuführungseinrichtungen versehen. Diese Anordnung und Ausgestaltung der einzelnen Ofenschüsse soll einen ungestörten Prozeßablauf bei der stofflichen und/oder energetischen Verwertung unterschiedlicher Einsatzmaterialien mit unterschiedlicher Konsistenz und unterschied- lichem Erweichungsintervall gewährleisten, in dem einerseits die Gasgeschwindigkeiten im Bereich der beiden Gasabsaugebenen und damit die Zusetzerscheinungen und Staubablagerungen im Bereich der Kreislaufgas- und Überschußgasabsaugöf nungen in einem solchen Maße reduziert werden, daß der ungehinderte Prozeßablauf auch bei Einsatz feuchter Einsatzmaterialien, wie beispielsweise Hausmullfraktionen, gewährleistet ist und prozeßspezifisch auftretende Temperaturen großer 800 °C nicht mehr zu schädlichen Sintererscheinungen fuhren. Zudem ermöglicht die lokale Einengung des Ofenschachtes oberhalb der überschußgasabsaugebene im Bereich der Sauerstoffdusen die Ausbildung einer zweiten, durch regelbare Sauerstoffzufuhr gekennzeichnete heiße thermo-chemisch aktive Zone und eine längere Verweilzeit der Emsatzmaterialien, wodurch der kontrollierte Abschluß aller materialspezifischen Ver- und Ent- gasungsprozesse der Einsatzstoffe vor dem weiteren Absinken der Schuttung realisiert werden kann. Der im Hauptpatent P 196 40 497 dargestellte Kreislaufgas-Kupolofen ist zwar zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmate- πalien unterschiedlicher Zusammensetzungen vorteilhaft em- setzbar, kann aber durch die Anordnung der unteren Absaug- und Gasberuhigungsringkammer oberhalb der durch die Gasstrahlverdichter gebildeten Schmelz- und Uberhitzungszone manchmal nicht verhindern, daß noch nicht vollständig in seine Grundbestandteile CO, H₂, H₂0, C0₂ sowie m ihre Spurenkom- ponenten zerlegten oder bereits wieder zuruckgeoildete gasformigen Organika abgesaugt werden. Zur technologischen Pro- zeßfuhrung waren somit zusätzlich analytische Uberwacnungs- steme für das abgesaugte Uberschußgas notwendig. Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausfuhrungs- form der Anordnung der unteren Absaug- und Gasberuhigungsringkammer an einem koksbeheizten Kreislaufgas-Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmate- πalien unterschiedlicher Zusammensetzungen nach Hauptpatent P 196 40 497, welche die Absaugung noch nicht vollständig in seine Grundbestandteile CO, H₂, H₂0, C0₂ sowie in ihre Spurenkomponenten zerlegten oder bereits wieder zuruckgebildete gasformigen Organika sicher verhindert.

Erreicht wird dies, m dem die untere Absaug- und Gasberuhigungsringkammer unterhalb bis zur Ebene der durch die Lage der Gasstrahlverdichter gebildeten Schmelz- und Uberhitzungszone angeordnet wird. Diese Anordnung bewirkt, daß das Uber- schußgas direkt aus der Schmelz- und Uberhitzungszone mit hohen Temperaturen um 2000 °C aus dem Ofenschacht abgezogen wird. Das Uberschußgas wird ebenfalls durch αie glühende Koksschicht der Schmelz- und Uberhitzungszone des koksbeheiz- ten Kreislaufgas-Kupolofen gefuhrt. Durch die energieverbrauchende Wirkung des Boudouard-Gleichgewichtes wird C0₂ unter Absenkung der Gastemperatur zu CO umgesetzt. Gleichzeitig erfolgt stromungstechnisch die Abspaltung des Uberschußgases vom Prozeßgas. Vorteilhaft ist auch, daß der vom Begichtungstrichter bis zum Herd konisch erweiterte Ofenschacht von der Ebene der Schmelz- und Uberhitzungszone abwärts bis m den Herdbereich ein zunehmendes Koksvolumen für die Bouαouard-Reaktion zur Verfugung stellt und damit eine höhere Effektivität dieser gewünschten Reduktionsreaktion ge- wahrleistet. Metallurgisch wird damit eine Verbesserung der Reduktionsbedingungen gegenüber den Oxiden der schmelzflussigen Phasen aus der stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung erreicht, wodurch wiederum bessere Metall- und Schlackequali- taten resultieren.

Die erfindungsgemaße Anordnung der unteren Absaug- und Gasberuhigungsringkammer an einem koksbeheizten Kreislaufgas- Kupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmateπalien unterschiedlicher Zusammensetzungen soll an einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert werden. Hierzu zeigt die zugehörige Zeichnung einen Längsschnitt durch den koksbeheizten Kreislaufgas-Kupolofen von der Kreis- laufgasebene bis zum Herd. Sie zeigt, daß unterhalb des Begichtungstrichters 1 ein nach unten konisch aufgeweiteter Ofenschachtteil 4 beginnt, m dem unmittelbar oberhalb der Kreislaufgasabsaugebene 2 schräg nach unten geneigte, mit der Reingasseite einer nicht dargestellten Gaswirtschaft oder einem separaten Gasreservoir verbundene Gaszuführungsdusen 3 angeordnet sind. In der Kreis- laufgasabsaugebene 2 ist eine sich nacn oben konisch aufweitende großvolumige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer 5 vorhanden, die mit dem Feuerfestmaterial 10 zugestellt ist und mit einer Wasserkühlung 6 für An- und Abfahrprozesse gekoppelt ist. Diese Absaug- und Gasberuhigungskammer 5, die außerdem einen Rohrstutzen 7 zur Installation eines Zusatz- brenners und/oder eines Schauloches sowie einen oder mehrere Kreislaufgasabsaugstutzen 8 mit Revisionsoffnung 25 hat, welche über Rohrleitungen mit integrierten Stellorganen, Meßeinrichtungen zur Volumenstrombestimmung und Kompensationselementen für Rohrausdehnungen versehen sind, ist direkt mit ei- nem sauerstoffbetriebenen, wassergekühlten Gasstrahlverdichter 24 verbunden. Unmittelbar unterhalb der Absaug-und Gasberuhigungsringkammer 5 schließt sich ein zylindrischer Ofenschachtteil 9 an, der mit dem Feuerfestmaterial 10 bis n den Bereich der Uberschußgasabsaugebene 11 querschnittsver ungend zugestellt ist und eine oder mehrere eingebaute, schräg zur Schmelz- und Uberhitzungszone gerichtete Sauerstoffdirekt- Injektionslanze 13 hat. Verbunden ist der Ofenschachtteil 9 im Bereich der Uberschußgasabsaugebene 11 nach unten mit einer großvolumigen Absaug- und Gasberuhigungsringkammer 12. In die Ringkammer 12 bzw. alternativ dazu in den Uberschußgasab- saugstutzen 14 ist eine Wasserzuführungseinrichtung 15 und oberhalb von der Wasserzufuhrungseinrichtung 15 eine Zufuhrungsschleuse für Feststoffe 16 mit zwei gasdicht arbeitenden Verschlußeinrichtungen 17; 18 und einem Einwurftπchter 19 in- stalliert. Der Uberschußgasabsaugstutzen 14 ist über ein nicht dargestelltes Forderorgan mit einer ebenfalls nicht dargestellten Gaswirtschaft verbunden, die ihrerseits auf der Reingasseite wahlweise mit den Gaszufuhrungsdusen 3 verbunden ist. In Hohe des Uberschußgasabsaugstutzen 14 der Ringkammer 12 mundet der Gasstrahlverdichter 24 ein und der Ofenschacht 20 setzt sich als konisch nach unten aufgeweiteter Kegelstumpf fort und geht unterhalb der Ringkammer 12 m einen zylindrisch ausgebildeten und zugestellten Herd 21 über, in dem die Abzugsoffnungen für die Metallschmelze 22 und flussige Schlacken 23 installiert sind. Zur stofflichen und energetischen Verwertung einer Mischung aus einer Hausmullfraktion, von Sperrmull und sogenanntem Stabilisat organischen Ursprungs ist wie nachfolgend beschrieben zu verfahren. Die Gattierung besteht aus 26,7 % geshreddertem Hausmull (I), 31,6 % Sperrmull mit einem

Schrottanteil (II), 18,9 % Hausmullstabilisat (111/20 - 60 mm), 17,2 % Hausmullstabilisat (IV/0 - 20 mm), 3,8 % Satzkoks (V) und 1,8 % Kalkstein (VI) als Schlackebildner . Die wesentliche Zusammensetzung der Stoffe zeigen die Tabellen la bis lc.

Das Satzgewicht betragt 1000 kg. Der Ofen ist mit 6 Kreislaufgasemπchtungen versehen und hat eine Leistung von 7,50 t/h Einsatzstoffe. Er wird wie ein koksgefeuerter Schacntofen vorbereitet. Nach dem Einbringen des Fullkokses wird der Ofen geschlossen und mit einem Hilfsbrenner und natürlichem Zug bei geschlossener Klappe in der Kreislaufgas- und Uberschuß- gasleitung über den Notkamin angebrannt, nach dem Durchbrennen der Fullkokssaule bis auf Weißglut mittels Sauerstoff und Luft vorgeblasen. Die Luftoffnung am Gasstrahlverdichter 24 wird geschlossen und die Klappen m der Kreislaufgas- und

Uberschußgasleitung geöffnet. Unmittelbar danach beginnt der Prozeß mit Aufgabe des ersten und weiterer Satze, bis die obere Fullstandsmarke erreicht ist. Alle nachfolgenden Satze erfolgen zeitabhängig als Funktion der Vergasungs-, Verbren- nungs- und Schmelzleistung, also in Abhängigkeit der Absink- geschwindigkeit der Schuttung. Die Gasstrahlverdichter 24 werden mit insgesamt 2164 Nm³ /h Sauerstoff betrieben, so daß an der Kreislaufgasabsaugebene 2 mehr als 100 % Gas, d. h. die hier vorliegenden 3750 Nm³ /h Kreislaufgas plus die Sperr- gasmenge von 52 Nm³ /h, die über den Begichtungstrichter 1 eingebracht wird, abgezogen und m die Schmelz- und Verbrennungszone eingeblasen werden. Alternativ ist oberhalb der Sperrgaszufuhrung ein Gasabzug 27 für die dann entstehenden Verdampfungsprodukte vorgesehen, wenn ein Sperrgas höherer Temperatur verwendet wird, der mit der Gaswirtschaft verbunden ist und durch den diese Verdampfungsprodukte direkt der Gaswirtschaft zugeführt werden können. Da die Prozesse im Ofen temperaturabhangig sind, werden ca. 50 % der im konischen Schacht 26 entstehenden Prozeßgasmenge zwischen Uberschußgasabsaugebene 11 und Kreislaufgasabsaugebene 2 und der Rest durch die verbrennungs- und thermochemischen Stoffumwandlungen m der Schmelz- und Uberhitzungszone, d. h. primär durch Verbrennung des festen Kohlenstoffpotentiales gebildet. Als Uberschußgas werden 8693 Nm³ /h abgezogen und der Gaswirtschaft, die einen Desintegrator beinhaltet, zugeführt. Die Temperatur des Gases liegt bei 550 °C. Das Gas, welches den Desintegrator mit ca. 35 °C verlaßt, besteht aus rd. 36 % H₂, 4,6 % N₂, 15,3 % C0₂, 42 % CO und 3,1 % H₂0. Etwa 359 1/h Wasser kondensieren aus. Desweiteren entstehen rd. 800 κg/h Metallschmelze und 1660 kg/h Schlacke, die den Anforderungen eines Einsatzes als Baustoff genügen. Nach der Gasreinigung liegt ein gereinigtes Brenngas mit einem Energieaquivalent von 19,48 MW vor. Außerdem entstehen rd. 40 kg/h Desintegratorschlamm und 0,8 kg/h beladener Aktivkoks. Diese Stoffe werden systemintern als externe Staubzugabe durch die Gasstrahlverdichter 24 oder brikettiert über den Begichtungstrichter 1 zugegeben, verschlackt und energetisch genutzt. Die Wasserkühlung 6 kann bei Normalbetrieb als Vorwarmung der eingebrachten Einsatzstoffe genutzt werden. Beim An- und Abfahrbetrieb wird die Funktion als Kühlung genutzt. Tabelle la

Elementaranalyse [Masse-% ]

Stoff Fe C S Cu Cd Ni AI

Hg Pb Cr As Zn

I 3,62 36,21 0,66 0,07 0,01 0,01 0,53

0,00067 0,13 0,03 0,00001 0,20

II 22,98 34,41 0,21 0,02 0,01 0,01 0,18

0,00067 0,04 0,01 0,00001 0,06

III 3,62 36,21 0,66 0,07 0,01 0,01 0,53

0,00067 0,13 0,03 0,00001 0,20 IV 2,53 25,28 0,46 0,05 0,01 0,01 0,37

0,00 0,09 0,02 0,00 0,14

V 90 1

VI

Tabelle lb gasformige Anteile [Masse-%]

Stoff H₂ 0₂ N₂ C0₂ Cl₂ H₂0

I 4,60 24,48 0,40 0,66 15

II 4,21 27,65 0,26 0,21 10

III 4,60 24,48 0,40 0,66 15

IV 3,21 17,09 0,28 0,46 15

V

VI 50

Tabelle lc mineralische Anteile [Masse-

Stoff Si0₂ A1₂0₃ CaO MgO Fe₂0₃ FeO MnO K₂0

I 14,7 4,53 4,13 0, 6 2,00 0,40

II 5,10 1,52 1,53 0,20 0,70 III 14,7 4,53 4,13 0,6 2,00 0,40

IV 25,9 8,0 7,3 1,1 3,5 0,7

V 3,79 2,48 1,13 0,05 0,75 0,75 0,08

VI 50,00 Bezugszeichenliste

Begichtungstrichter Kreislaufgasabsaugebene Gaszufuhrungsduse konisch aufgeweiteter Ofenschachtteil großvolumige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer Wasserkühlung Rohrstutzen Kreislaufgasabsaugstutzen Ofenschachtteil mit lokaler Einengung Feuerfestmaterial Uberschußgasabsaugebene großvolumige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer Sauerstoffdirekt-Injektionslanze Uberschußgasabsaugstutzen Wasserzufuhrungseinrichtung Feststoff-Zuführungsschleuse Verschlußeinrichtung Verschlußeinrichtung trichterförmige Einwurfoffnung kegelstumpfartiger Ofenteil Herd Abzugsoffnung für Metallschmelze Schlackeabzugsoffnung Gasstrahlverdichter Revisionsoffnung konischer Ofenschacht Gasabzug

Claims

Patentanspruch

Koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung nach Patentanmeldung P 196 40 497, bestehend aus einem senkrechten, vom Begichtungstrichter zum Herd konisch erweiterten Ofenschacht mit mehreren um den Umfang des Ofenschachtes angeordneten, unterhalb der Begichtung liegenden Ofengasabsaugoffnungen, die durch Kanäle mit über dem Herd im Bereich der Schmelz- und Uberhitzungszone installierten Düsen, welche zentrisch geführte Sauerstofflanzen haben und wie ein Gasstrahlverdichter wirken, verbunden sind, der Ofenschacht im Bereich der Kreislaufgas- und Uberschuß- gasabsaugebene je eine großvolumige Absaug- und Gasberuhigungskammer hat, die durch ein Ofenschachtteil mit quer- schnittsverjungender Einengung und mit einer darin eingebauten, schräg zur Schmelz- und Uberhitzungszone gerichteten Sauerstoffdirekt-Injektionslanze verbunden sind und unmittel- bar unterhalb des Begichtungstrichters ein zusatzlicher Gasabzug angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberschußgasabsaugebene (11) und die großvolumige Absaug- und Gasberuhigungskammer (12) unterhalb bis zur Ebene der durch die Lage der Gasstrahlverdichter (24) gebildeten Schmelz- und Uberhitzungszone angeordnet sind.