DE69001307T2

DE69001307T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Mitverbrennung von Sonderabfall in industriellen Drehrohröfen.

Info

Publication number: DE69001307T2
Application number: DE90610010T
Authority: DE
Inventors: C O F L Smidth Co A Enkegaard
Original assignee: FLSmidth and Co AS
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2010-02-07
Also published as: EP0382673A3; DE69001307D1; US4984983A; ES2040099T3; EP0382673B2; EP0382673B1; EP0382673A2; DK0382673T4; MX164355B; ES2040099T5

Description

Das wachsende Umweltbewußtsein macht es immer schwieriger, gefährlichen Abfall in direkter Landauffüllung, durch Speicherung in Oberflächenansammlungen, durch Tiefbohrungsinjektion, durch Verklappen oder durch einfaches Abbrennen auf See zu beseitigen.
Es wird daher erwartet, daß in Zukunft Veraschung oder thermische Oxidation bei Hochtemperatur eine zunehmende Rolle als ein umweltakzeptabler Weg zur Vernichtung von gefährlichem organischen Abfall spielen werden.
Veraschung ist ein technisches Verfahren, das von der thermischen Zersetzung im Wege der thermischen Oxidation bei Hochtemperatur (normalerweise 900ºC/1650ºF oder höher) Gebrauch macht, um die organische Fraktion von Abfall zu zerstören und das Volumen zu reduzieren. Im allgemeinen werden brennbare Abfälle oder Abfälle mit hohem organischen Gehalt als für die Veraschung am meisten geeignet angesehen. Technisch gesprochen stellt jedoch jeder Abfall mit einer gefährlichen organischen Fraktion, gleichgültig wie klein, mindestens einen funktionellen Kandidaten für die Veraschung dar. Beispielsweise werden erhebliche Mengen von kontaminiertem Wasser in den USA gegenwärtig verascht. Kontaminierte Erden werden ebenfalls mit zunehmender Häufigkeit verascht.
Die zur Veraschung erforderliche minimale Temperatur liegt im Bereich von 875ºC/1610ºF für die Veraschung von städtischem Müll, bei 1400ºC/2550ºF für die Veraschung der stabilsten organischen Komponenten wie beispielsweise PCB, Dioxin, DDT und Rückstände von der Herstellung von Polyvinylhalogeniden. Die Verweilzeit bei der Hochtemperatur sollte mindestens zwei Sekunden betragen.
Eine separate Technik, diejenige der Herstellung von Zementklinker in Zementöfen, beispielsweise Drehöfen, umfaßt ebenfalls das Hochtemperaturbrennen. Flüssige Abfälle sind in der Vergangenheit in Zementöfen ohne wesentliche technische Probleme verbrannt worden, da flüssiger Abfall unter Verwendung herkömmlicher Ölbrenner ähnlich Brennstoffölbrennern verfeuert werden kann.
In dieser Hinsicht dient die Veraschung von flüssigen Verunreinigungen in Zementöfen dem Zweck der Beschaffung preiswerten Brennstoffs für den Ofen. Daher kann ein Zementofenbetreiber bereit sein, für verunreinigtes Öl oder dergleichen tatsächlich einen Preis zu bezahlen.
Das Verbrennen von flüssigen, organischen, gefährlichen Abfällen gestattet die Rückgewinnung erheblicher Energiemengen aus Abfallmaterialien. Die Herstellung von Zement ist ein in hohem Maße energiemtensives Verfahren. Die Energiekosten belaufen sich im allgemeinen auf 33 bis 40 Prozent der Kosten der Klinkerherstellung. Abfallbrennstoffe haben typischerweise einen Wärmegehalt vergleichbar mit Kohle. Durch Einspritzen von flüssigen, organischen Abfällen in den Ofen als ein zusätzlicher Brennstoff können Zementöfen in hohem Maße ihren Verbrauch an primären Brennstoffstoffen reduzieren, was wesentliche Einsparungen für den Hersteller schafft.
Die meisten der flüssigen Brennstoff verbrennenden Drehöfen sind Naßverfahren-Öfen. Der Grund hierfür besteht hautpsächlich darin, daß Naßverfahren-Öfen hinsichtlich des Brennstoffs besonders ineffizient sind, aus welchem Grund die Betreiber von Naßöfen in hohem Maße motiviert waren, Wege zu finden, ihre Brennstoffrechnung zu reduzieren. Ein anderer Grund besteht darin, daß Naßöfen hohe Eingaben von Chlor ohne kostspielige Modifikationen akzeptieren (bis zu 0,8% Cl auf Klinkerbasis), während Trockenverfahren-Öfen mit 4-stufigen Vorwärmern auf eine Chloreingabe von 0,015% (Vorkalzinieröfen) bis 0,023% (Vorwärmeröfen) auf Klinker basis beschränkt sind. Wenn die Chloreingabe diese Werte überschreitet, müssen die Öfen mit kostspieligen By-pass- Installationen ausgestattet werden, die im äußersten Fall (ein Vorkalzinierofen mit 100% By-pass für das Ofenaustrittsgas) eine gesamte Chloreingabe von etwa 0,8% Cl auf Klinkerbasis zulassen.
Die Gasaustrittstemperatur aus einem Drehofen liegt typischerweise bei etwa 1100ºC, die jedoch auf 820ºC (Vorwärmeröfen) oder 900ºC (Vorkalzinieröfen) einige Zehntel einer Sekunde abfällt, nachdem das Gas den Drehofen an dessen Materialeinlaßende verläßt (siehe Fig. 1A und B), wenn das Rohmaterial hier in den Strom des Ofengases eingeführt wird. Das durch den By-pass herausgeführte Gas wird mit Kaltluft auf sogar noch niedrigerere Temperaturen abgekühlt, um die Behandlung des By-pass-Gases zuzulassen.
Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, chlorierten Abfall in das Materialeinlaßende von Vorwärmeröfen einzuführen oder in einen Vorkalzinator zu verfeuern, da eine Temperatur von mindestens 1200ºC bei zwei Sekunden Gasverweilzeit erforderlich ist. Nicht-chlorierte Lösungsmittel (wie beispielsweise Terpentin, Xylenol etc.) können daher in Vorkalzinatoren verbrannt oder in das Materialeinlaßende von Vorwärmeröfen ohne Probleme eingeführt werden.
Zementdrehöfen bieten jedoch die Möglichkeit zur Vernichtung großer Mengen organischen Abfalls. Beispielsweise könnte durch Ersatz von 35 Prozent seines Kohleverbrauchs durch Verbrennen von Abfallbrennstoffen ein typischer Zementofen gefährliche Abfälle in der Größenordnung von 100 Tonnen je Tag verbrennen. Diese Ersatzmengen sind mit flüssigen organischen Abfall erreicht worden.
Feste oder halb-feste Rückstände betreffend kann von Abfallproduzenten die Zahlung willkürlicher Beträge gefordert werden, damit die Rückstände beseitigt und in umweltakzeptabler Weise vernichtet werden. Das Fehlen eines zur Verfügung stehenden, wirksamen und mit geringen Kosten verbundenen Mittels zur Beseitigung solcher Abfälle hat daher häufig nicht nur zu hohen Beseitigungs- und Behandlungskosten geführt, sondern auch zu einer unsicheren oder illegalen Verklappung mit fast unkalkulierbarem Schaden für die Umwelt, und es sind Schritte zur Lösung dieses Problems in einer kostenwirksamereren Weise unternommen werden. So ist die Veraschung von gefährlichem, organischen Abfallmaterial in fester, pastöser, schmieriger oder Schlammform beispielsweise aus der DE-A 3 542 004 bekannt, gemäß der Abfall direkt in die Brennzone eines Drehofens eingeführt und zusammen mit dem behandelten Gut, beispielsweise Zement, zur Bildung von Zementklinker gleichzeitig gebrannt wird, und das Klinkerprodukt danach aus dem Ofen entfernt wird.
Im Vergleich mit anderen Arten der Veraschung von gefährlichem Abfall haben Drehöfen einige Merkmale, die sie eine wirksame Technik für die Vernichtung hochgiftiger und stabiler organischer Abfälle darstellen lassen. Diese Eigenschaften umfassen das folgende:
a) Die Brenngastemperaturen und Verweilzeiten in Zementöfen überschreiten diejenigen, die im allgemeinen bei der kommerziellen Veraschung von gefährlichem Abfall festgestellt werden. Diese hohen Verbrennungstemperaturen und langen Verweilzeiten stellen in Verbindung mit der in Zementöfen auftretenden starken Turbulenz tatsächlich die vollständige Vernichtung sogar der höchst stabilen organischen Verbindungen sicher.
b) Infolge der großen Größe und Menge des erhitzten Materials in Zementöfen bieten diese Drehöfen eine hohe thermische Stabilität. Mit anderen Worten, die Temperaturen innerhalb des Ofens ändern sich sehr langsam. Somit sollte sogar dann, wenn für einen Zementofen eine Notabschaltung erforderlich ist, die sich aus einem Verlust des Primärbrennstoffes oder einer ernsten Störung ergibt, der gesamte im Ofen befindliche gefährliche Abfall vollständig vernichtet werden, vorausgesetzt, daß automatische Abschaltungen die weitere Einspritzung von Abfällen verhindern.
c) Zementöfen arbeiten unter alkalischen Bedingungen. Daher wird tatsächlich das gesamte in den Ofen eintretende Chlor zur Bildung von Kalziumchlorid, Natriumchlorid und Kaliumchlorid, alles verhältnismäßig ungiftige Substanzen, neutralisiert. Folglich sind die Emissionen von Chlorwasserstoff, einer stark sauren Verbindung, erheblich geringer als die Emissionen von bisher praktizierten Veraschungen gefährlichen Abfalls.
d) Die Bodenasche aus dem Veraschungsverfahren wird in den Zementklinker eingebracht, wodurch Probleme mit der Beseitigung der Bodenasche vermieden werden. Alle in der Bodenasche enthaltenen Metalle werden in das Zementprodukt in einer inerten Form eingebracht. Des weiteren ist die Qualitt von Zement verhältnismäßig unempfindlich gegenüber der Zugabe der meisten Verunreinigungen, die in gefährlichem Abfällen und Abfallölen enthalten sind.
Zum Verbrennen von chloriertem Abfall in einem Zementdrehofen muß der Abfall an einer Stelle eingeführt werden, an der eine ausreichende Temperatur und Verweilzeit sichergestellt werden können. Die einzige solche Stelle ist die Brennzone des Ofens.
Während des Betriebs haben alle Zementdrehöfen einen Klinkerüberzug auf den inneren feuerfesten Ziegeln oder der Auskleidung in der Brennzone, die sich üblicherweise über 30 sechs Ofendurchmesser vom Klinkerauslaß aus erstreckt. In der Brennzone liegt die Flammentemperatur bei etwa 2000ºC (3600ºF), und an dem (vom Material aus gesehen) stromaufwärtigen Ende des Überzugs liegt die Gastemperatur bei etwa 1700ºC, sie kann auch bei etwa 1800ºC (3270ºF) liegen.
Etwa zwei Ofendurchmesser weiter oben im Drehofen gibt es nur einen geringen oder keinen Klinkerüberzug auf den feuerfesten Ziegeln, und liegt die Gastemperatur noch bei 1600ºC-1700ºC (2910ºF-3090ºF). Es hat sich als eine ideale Stelle zur Einführung von festem oder halb-festem Abfall erwiesen. Beispielsweise kann dieser Abfall in diesem Teil der Brennzone in Stahlfässern eingeführt werden, da hier eine ausreichende Temperatur und Zeit gegeben sind, sogar den schwierigereren chlorierten Abfall zu vernichten und die Fässer vollständig zu Eisenoxid zu verbrennen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einführung von festem oder halb-festem Abfall direkt in die Brennzone eines Drehofens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und durch die Merkmale gekennzeichnet ist, die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegeben sind.
Diese Aufgabe wird weiter mittels einer Vorrichtung gemäß Angabe in Anspruch 2 gelöst.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung kann auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren der beigefügten zeichnungen Bezug genommen werden, in denen zeigen:
Fig. 1A eine schematische Ansicht eines typischen Suspensionsvorwärmer-Zementdrehofensystems unter Darstellung der dort bestehenden verschiedenen Temperaturzonen,
Fig. 1B eine schematische Ansicht eines typischen Vorkalzinier-Zementdrehofen-systems ebenfalls unter Darstellung der verschiedenen Temperaturzonen,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines ballistischen Abschußrohres, das entweder an das Materialeinlaßende oder das Befeuerungsende der in den Figuren 1A und 1B dargestellten Ofentypen angeschlossen werden kann.
Das erfindungsgemäße überraschend Neue ist somit die Verwendung einer Vorrichtung zum Abschießen ganzer Trommeln oder kleinerer Behälter, die mit festem/halbfestem Abfall gefüllt sind, in die Brennzone des Ofens. Technisch ist es möglich, 200 Liter (55 Gallonen) Fässer in den Ofen zu schießen, jedoch der Wärmewert und/oder der Verbrennungs grad des Abfalls müssen bei diesen großen Mengen nicht korrespondieren, in welchem Fall kleinere Kanister verwendet werden müssen. Ein Abfallerzeuger kann dann vorzugsweise den Abfall in solchen Spezialbehältern abpacken müssen, wenn ein Umpacken bei der Zementanlage vermieden werden soll.
In den Fig. 1A und 1B bezeichnen 1 einen Drehofen, 2 einen hinter dem Drehofen angeschlossenen Materialkühler, 3 einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer, 4 einen Ofenabgas-By-pass, 5a und 5b Rohmaterial-Einlässe in den Vorwärmer, 6 einen Vorkalzinator, 7 einen Abscheiderzyklon für abgeschiedenes Rohmaterial und 8 (Fig. 1B) eine Aufteilungsklappe zur Zuführung von Rohmaterial zu dem Vorkalzinator 6. Gemäß diesen Figuren und wie oben angegeben hat der Drehofen 1 typischerweise eine Gasaustrittstemperatur von etwa 1100ºC. Stromabwärts (vom Rohmaterial aus gesehen) des Gasaustritts ist die Temperatur wesentlich höher, beispielsweise 2000ºC in der Brennzone und 1700ºC oder höher am stromaufwärtigen Ende der Zone des Klinkerüberzugs auf den feuerfesten Ziegeln oder der Auskleidung. Zur erfindungsgemäßen Vernichtung des Abfalls wird es bevorzugt, daß eine Gastemperatur von mindestens 1500ºC in der Brennzone aufrechterhalten wird.
Fig. 2 zeigt das Prinzip einer pneumatischen Kanone zum Einschießen von Kanistern in die Brennzone eines Drehofens (in dieser Figur nicht dargestellt). Die Kanone verfügt über ein Rohr 9 und eine Ladeeinrichtung 11, mittels der Kanister 10 mit Abfall in dem Rohr angeordnet werden. Die Kanister können entweder direkt in dem Rohr 9 oder in einem nicht (dargestellten) Schlitten mit einer offenen Front angeordnet werden. Das Vortriebsmittel für die Kanone kann in Druckluft einer Druckluftanlage 13 bestehen, und die Ladung in dem Rohr wird durch das Rohr hindurch im Wege des Schnellöffnens eines Ventils 12 ausgetrieben. Wenn ein Schlitten verwendet wird, gibt es eine Schlittenbremse in der Nähe der Rohrmündung. Die pneumatische Kanoneneinrichtung ist typischerweise auf der Brennerplattform 14 am Befeuerungsende eines Drehofens bei geeigneter Richthöhe des Rohres angeordnet. Die Kanister werden durch eine Öffnung im unteren Teil der Ofenkopfhaube ballistisch in den Ofen geworfen. Die Kanoneneinrichtung kann auch ein rein mechanischer Katapult, eine elektromechanische Einrichtung sein oder auf einer Kombination elektrischer, pneumatischer und mechanischer Prinzipien beruhen.

Claims

1. Verfahren zur Vernichtung von gefährlichem organischen Abfallmaterial in fester, pastöser, schmieriger oder Schlammform durch Veraschung, wobei der Abfall direkt in die Brennzone eines Drehofens eingeführt, zusammen mit dem behandelten Produkt, wie beispielsweise Zement, Kalk oder Leichtzuschlagstoff, in dem Ofen bei einer Gastemperatur von mindestens 1500ºC in der Brennzone desselben gleich zeitig gebrannt wird, um ein umweltakzeptables Klinkerprodukt zu bilden und das Klinkerprodukt aus dem Ofen zu entfernen, gekennzeichnet durch Verwendung einer Kanoneneinrichtung für ballistisches Einführen des in Kanister, wie beispielsweise Stahlfässer, eingebrachten Abfalls durch das Befeuerungsende oder das Rohmaterial-Einlassende des Ofens mit ausreichender Geschwindigkeit, damit der einzuführende Abfall direkt in und nicht wesentlich hinter der Brennzone eingeführt wird.

2. Vorrichtung zur Veraschung von gefährlichem organischen Abfallmaterial in fester, pastöser, schmieriger oder Schlammform in einem Zementdrehofen (1) mit einem oberen Rohmaterial-Einlassende, einem unteren Befeuerungsende, einer Hochtemperatur-Brennzone, die innerhalb des Ofens zwischen dem oberen Einlassende und dem Befeuerungsende angeordnet ist, wobein die Brennzone zur Aufrechterhaltung einer Betriebs-Gastemperatur von mindestens 1500ºC geeignet ist, und mit Mitteln zur Einführung des gefährlichen Abfallmaterials direkt in die Brennzone, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein Druckluft als Vortriebsmittel verwendende Kanoneneinrichtung (9, 10, 11, 12) an dem Rohmaterial-Einlassende oder dem Befeuerungsende des Ofens (1) umfassen, welche Einrichtung in der Lage ist, dem in Kanister eingebrachtem Abfall eine ausreichende Geschwindigkeit zu verleihen, damit er entlang eine ballistische Trajektone direkt in die Brennzone transportiert wird.