DE69007621T2

DE69007621T2 - Verfahren zum Verbrennen von verschiedenen Abfallstoffen, ein Ofen zur Anwendung des Verfahrens sowie eine universelle Abfallverbrennungsanlage mit einer Mehrzahl von solchen Öfen.

Info

Publication number: DE69007621T2
Application number: DE69007621T
Authority: DE
Inventors: Leonardus Mathijs M. Heel Nevels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2010-11-24
Also published as: ATE103382T1; NL8902749A; EP0486728A1; US5095829A; DE69007621D1; DK0486728T3; ES2054225T3; EP0486728B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen verschiedener Abfallstoffe, wobei der zu verbrennende Abfall einer Pyrolyse in einem horizontalen Kammerofen unter Sauerstoff abgereicherten Umständen unterworfen wird und sodann unter Zufuhr von adäquater Luft vollständig verbrannt wird.
Ein derartiges Verfahren sowie ein dafür geeigneter Ofen sind aus der EP-A-173 628 bekannt.
Die Abfallbeseitigung ist eines der ernsthaftesten Probleme der Gegenwart. Um die stetig steigenden Mengen an Abfallstoffen verarbeiten zu können, wird der Abfall zunehmend durch Verbrennung beseitigt. In der Praxis werden feste und flüssige Abfallstoffe hauptsächlich in Öfen mit Schiebegitter oder in Öfen mit rotierender Trommel verbrannt. Bei Öfen mit Schiebegitter erfolgt eine stetige Zufuhr von Abfallstoffen zu einem bewegten Gitter und durch die Brennstoffe wird durch Öffnungen im Gitter Luft geblasen. Die Temperatur kann dadurch stellenweise auf über 1000ºC ansteigen, während sie an anderen Stellen unter 800ºC bleiben kann. Unter derartigen Bedingungen wird viel Flugasche gebildet, während in Bereichen, in denen die Temperatur zu gering ist, unangenehm riechende Substanzen zurückbleiben bzw. durch unvollständige Verbrennung gebildet werden, die allein durch ihren Geruch eine Umweltbelastung darstellen.
In einem Ofen mit rotierender Trommel werden Abfallstoffe durch die langsame Drehung des zylinderförmigen Ofens in Bewegung gehalten, wobei unter diesen Bedingungen der Vorteil erzielt wird, daß die Bereiche mit zu geringer Temperatur, wie sie beispielsweise in einem Ofen mit einem Gitter auftreten, vermieden werden. Die Temperatur für einen Ofen mit rotierender Trommel sollte jedoch nicht wesentlich über 1000ºC ansteigen, um zu verhindern, daß die flüssige Schlacke Ablagerungen an der Wand bildet. An der stromabwärts gelegenen Seite eines Ofens mit rotierender Trommel kann eine Nachverbrennungskammer vorgesehen sein, in der die Temperatur durch die zusätzliche Verbrennung von Kraftstoff auf beispielsweise 1150ºC erhöht wird.
Die Verweildauer der Gase in heißen Bereichen (Temperaturen über 800ºC) der Öfen beträgt im allgemeinen 1 bis 3 Sekunden. Die unvollständige Verbrennung, die verhältnismäßig niedrige Temperatur und die kurzen Verweilzeiten der Verbindungen in den heißen Bereichen schaffen die Bedingungen für die Bildung vieler giftiger und unangenehm riechender Verbindungen wie Dioxin und Benzofuran.
Um derartige Probleme zu vermeiden und zu einer vollständigeren und wirkungsvolleren Abfallverbrennung zu gelangen, wird gemäß der EP-A-173 628 vorgeschlagen, die Verbrennung in zwei Stufen durchzuführen. In der ersten Stufe findet die Verbrennung bei niedrigen Temperaturen mit einer geringen Luftmenge statt. In dieser sogenannten Pyrolysestufe werden die Abfallstoffe durch thermische Pyrolysereaktionen abgebaut. Die entstandenen Gase und Dämpfe gelangen durch eine Rauchgasleitung, die sogenannte "gaine de fumèes", in eine Nachverbrennungskammer, in der eine Nachverbrennung der Gase erfolgt. Nach der Pyrolyse wird zusätzliche Luft in die Ofenkammer eingelassen und die Temperatur wird für eine vollständige Verbrennung erhöht.
Das gemäß der EP-A-173 628 verwendete Ofensystem umfaßt einen horizontalen, röhrenförmigen Ofen mit feuerfesten Ofenwänden, die gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig sind, wobei der Ofen auf der Vorderseite eine durch eine Ofentür verschließbare Beschickungsöffnung und an der Hinterseite eine Ofenkehle aufweist, die in eine horizontale Rauchgasleitung mündet, deren Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser des Ofens klein ist, wobei in jeder der Seitenwände in der Nähe der Ofenkehle eine Lufteinlaßöffnung vorgesehen ist und in der Rauchgasleitung ebenfalls Lufteinlaßöffnungen vorgesehen sind. Die Verbrennungskammer dieses Ofens umfaßt einen Brenner, der zum Zünden und Aufrechterhalten der Pyrolyse verbrennung erforderlich ist. Da die Pyrolyse bei derart niedrigen Temperaturen verhältnismäßig unvollständig ist, befinden sich in den Abgasen dieser Verbrennungskammer große Mengen unzersetzter Gase. Daher werden die Abgase durch die horizontale Rauchgasleitung in eine Nachverbrennungskammer geleitet, in der eine erforderliche Nachverbrennung stattfindet. Diese Nachverbrennungskammer weist daher Lufteinlaßkanäle und einen zweiten Brenner auf Das Verfahren und die Anlage gemäß der EP-A-173 628 weisen den Nachteil auf, daß keine vollständige Pyrolyse erreicht werden kann. Aufgrund der verwendeten geringen Temperaturen befinden sich viele verunreinigende Gase und auch Feststoffe (Flugasche) in den Abgasen der Verbrennungskammer, wobei der Gegenstrom der durch die schrägen Lufteinlaßkanäle in der Rauchgasleitung eingeleiteten Luft zumindest in der Pyrolysestufe der Verbrennung nicht zum Aufhalten der gesamten derartigen Feststoffe ausreicht. Eine Verschmutzung der Umgebung sowohl durch Gase als auch durch feste Partikel kann daher nicht vollständig vermieden werden. Ferner geht die gesamte Wärmeenergie der Verbrennung in der Nachverbrennungskammer verloren und wird nicht für den Pyrolysevorgang genutzt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur zweistufigen Verbrennung verschiedener Abfallstoffe zu schaffen, bei dem die Nachteile der EP-A-173 628 beseitigt werden und das einen ökonomischen Betrieb ohne einen unnötigen Verlust verwertbarer Wärmeenergie ermöglicht.
Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem länglichen horizontalen Kammerofen beginnend an dessen hinterem Ende bei einer Temperatur von 1100 bis 1450ºC eine selbsterhaltende Pyrolyse durchgeführt wird,
die ausströmenden heißen Pyrolysegase am hinteren Ende des Kammerofens und in einer damit verbundenen Rauchgasleitung verbrannt werden,
dem heißen Pyrolysegasstrom in der Rauchgasleitung wahlweise katalytisch aktive Substanzen zugefügt werden, und
das der Rauchgasleitung entströmende Pyrolysegas schnell gekühlt und durch Berührung mit einer Gaswaschflüssigkeit gereinigt wird.
Erfindungsgemäß erfolgt die Pyrolyse bei Temperaturen von 1100ºC bis 1450ºC, wobei unter diesen Bedingungen ein wirkungsvoller und vollständiger pyrolytischer Abbau zu Kohlenstoff und einfachen Gase wie Kohlenmonoxid und Wasserstoff erfolgt, während anorganische Stoffe in einfache Oxide abgebaut werden.
Erfindungsgemäß wird die Pyrolyse auf wirkungsvolle Weise selbsterhaltend gemacht, da die heißen Pyrolysegase der Verbrennung am hinteren Ende (der Kehle) des Kammerofens und im angrenzenden Teil der Rauchgasleitung die Hitze für das Aufrechterhalten der Pyrolyse im übrigen Teil des länglichen Verbrennungskammerofens liefern.
Die Erfindung schafft ferner einen Kammerofen, der für die zweistufige Pyrolyseverbrennung verwendet wird. Ein derartiger Kammerofen, der einen horizontalen, rohrförmigen Ofen mit feuerfesten Ofenwänden umfaßt, die gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig sind, wobei der Ofen an der Vorderseite mit einer Beschikkungsöffnung versehen ist, die mit einer Ofentür geschlossen werden kann, und an der Hinterseite eine Ofenkehle aufweist, die in eine horizontale Rauchgasleitung ausmündet, deren Durchmesser kleiner als derjenige des Ofens ist, wobei eine Lufteinlaßöffnung in jeder der Seitenwände in der Nahe der Ofenkehle vorgesehen ist und Lufteinlaßöffnungen auch in der Rauchgasleitung vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
jede der langen Seitenwände des sehr länglichen Ofens mit einer oberen Reihe verschließbarer Lufteinlaßöffnungen an der Oberseite, die über die Wandlänge verteilt sind, und einer unteren Reihe verschließbarer Lufteinlaßöffnungen an der Unterseite versehen ist, wobei alle Öffnungen über die Wandlänge verteilt sind,
die Rauchgasleitung nahe der Ofenkehle senkrecht auf der Längsrichtung des Ofens abbiegt und eine Einspritzöffnung in der Wand der Rauchgasleitung bei dieser Biegung vorgesehen ist, die gemäß der Längsachse der umgebogenen Rauchgasleitung gerichtet ist, und
wenigstens die obere Wand des Ofens eine konkav gewölbte Form aufweist, um die heiße Strahlung des Pyrolyseverfahrens in den Fokus zurückzustrahlen.
Durch die Reihen von Lufteinlaßöffnungen in den Seitenwänden des Ofens wird eine wirkungsvolle Steuerung des Ofens ermöglicht und der Pyrolysevorgang kann in der gewünschten Weise eingestellt und gesteuert werden.
Die Verarbeitung kann dadurch auf wirkungsvolle Weise erfolgen, daß die Rauchgasleitung in Bezug auf die Längsrichtung des Ofens nahe der Ofenkehle im rechten Winkel umgelenkt ist und an dieser Biegung, die in der Richtung der Längsachse der abgebogenen Rauchgasleitung verläuft, in der Wand der Rauchgasleitung eine Einspritzöffnung vorgesehen ist. Durch eine geeignete Sprühvorrichtung können durch diese Einspritzöffnung Katalysatorflüssigkeiten, Gase und Luft in die Rauchgasleitung eingespritzt werden. Zusätzlich können hier ein Zündbrenner und/oder ein Hilfsbrenner angebracht sein, um das Einstellen der Verbrennung des Rauchgases in gewünschter Weise zu ermöglichen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist zumindest die obere Wand des Ofens eine konkav gewölbte Form auf, um die heiße Strahlung des Pyrolysevorgangs in den Fokus zurückzustrahlen. In der Praxis ist es üblich, daß der Ofen, wenn er mit dem Abfall für die Pyrolyse beschickt ist, von der Rückseite, die sich in der Nähe der Ofenkehle befindet, gezündet wird. Diesbezüglich wird, insbesondere im hinteren Abschnitt des Ofens, für eine angemessen brennbare Beschickung, beispielsweise Papier, Zelluloid, etc. gesorgt. Die durch diese intensive Verbrennung verursachte heiße Strahlung, die bei der Wärmnezufuhr auftritt, wird durch die gewölbte Wand in das Innere des Ofens zurückgestrahlt und erhitzt die darin befindlichen Stoffe. Durch Einstellen der Lufteinlaßöffnungen im Ofen kann dafür gesorgt werden, daß dadurch der gesamte Ofen allmählich auf die Pyrolysetemperatur erhitzt wird, wobei die verschiedenen Lufteinlaßöffnungen während der Pyrolyse verschlossen sind, um eine Sauerstoff abgereicherte Atmosphäre aufrecht zu erhalten. Um eine möglichst wirkungsvolle Erwärmung des Ofens zu erreichen, ist die obere Wand des Ofens an der Außenseite vorzugsweise vollständig oder teilweise mit einer wärmeisolierenden Schicht, beispielsweise aus Ton, bedeckt.
Ferner kann der Ofen zusätzlich eine Deckplatte aus Beton aufweisen, die eine Schwächung für das mögliche Auftreten von Gasexplosionen umfaßt. Derartige Gasexplosionen können auftreten, wenn beispielsweise insbesondere in der Anfahrperiode des Ofens noch zu viel Luft in den im Ofen befindlichen Abfallstoffen enthalten ist, wodurch es lokal zu einer heftigen Verbrennung kommen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Kammerofen ist in der Ofentür, durch die der zu verarbeitende Abfall eingeführt wird, ein verschließbares Luftloch vorgesehen. Dieses Luftloch wird während der Pyrolyse blockiert, es wird jedoch während der nachfolgenden Verbrennung der Pyrolysestoffe geöffnet, um dadurch einen zusätzlichen Luftzug zu erreichen.
Schließlich schafft die Erfindung eine universelle Abfallverbrennungsanlage, die eine oder mehrere Pyrolyseverbrennungseinheiten umfaßt, die aus je drei der oben beschriebenen Kammeröfen, einer zentralen Rauchgaskammer, mit der die Rauchgasleitungen der Kammeröfen verbunden sind, und einem Gaswaschreaktor verbunden mit der Rauchgaskammer für die primäre Rauchgasreinigung und einer zentralen Gaswaschsäule mit einer Anzahl über einander angeordneter Waschstufen bestehen, wobei die Gaswaschreaktoren der Pyrolyseverbrennungseinheiten in Kombination mit der genannten zentralen Gaswaschsäule verbunden ist.
Aus praktischen Gründen weisen dabei die zentralen Rauchgaskammern vorzugsweise je einen Notkamin auf. Eine derartige Anlage ist wirkungsvoll auf die Tatsache eingestellt, daß jeder Ofenzyklus faktisch drei Phasen aufweist, d.h. die Pyrolyse, die Ascheverbrennung und das Ausglühen und Abkühlen. Jede dieser Phasen weist eine Dauer von einem oder mehreren Tagen auf, so daß effizient in der Ofeneinheit mit dem ersten Ofen die Pyrolyse durchgeführt werden kann, während im zweiten Ofen, in dem die Pyrolyse bereits erfolgt ist, die Verbrennung der Asche erfolgt und sich der dritte Ofen in der Abkühlungsphase befindet. Auf diese Weise ist bei einer derartigen Einheit ein im wesentlichen durchgehender Betrieb möglich. Durch die Verwendung mehrerer, beispielsweise zweier derartiger Einheiten können zudem Abfallsorten verschiedener Arten gleichzeitig verarbeitet werden. Das aus der Rauchgaskannner strömende Rauchgas wird anschließend auf die in der bereits genannten niederländischen Patentanmeldung Nr. 8902490 beschriebene Weise in der zentralen Gaswaschsäule gereinigt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugname auf die Zeichnungen weiter beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen horizontalen Querschnitt einer Ausführungsform eines Kammerofens für die erfindungsgemäße Pyrolyseverbrennung;
Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt des Ofens; und
Fig. 3 eine Diagrammansicht einer erfindungsgemäßen universellen Abfallverbrennungsanlage, wobei mehrere derartige Öfen sowie eine zentrale Gaswaschanlage verwendet werden.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kammerofens ist in den Figuren 1 und 2 jeweils als horizontaler bzw. als vertikaler Querschnitt gezeigt. Der längliche horizontale Ofen weist eine lange Ofenkammer 1 mit Seitenwänden 2, einem Boden 3, einem Dach bzw. einer oberen Wand 4 und einer Rückwand 5 auf, die aus einem feuerfesten Material von hoher Qualität bestehen, das hohen Temperaturen von über 1450ºC widerstehen kann. Das Ofendach 4 ist konkav gewölbt, während die Seitenwände 2 auf der Innenseite ebenfalls leicht konkav gewölbt sind. Diese Konkavform soll die bei der Pyrolyse abgestrahlte Hitze in das Innere des Ofens zurückstrahlen. Die Rückwand 5 und die Ofenkehle 6 weisen ebenfalls eine konkave Wölbung auf.
Die Seitenwände 2 des Ofens werden von Stahlträgern 7 gehalten, die von Spannstreben 8 zusammengehalten werden. Das Ofendach 4 ist dünner als die Seitenwände 2 des Ofens und mit einer Tonschicht 11 bedeckt, wobei der Mittelteil unbedeckt bleibt. Über dem Ton und dem Ofendach ist eine Deckplatte 9 aus Beton vorgesehen, die in ihrer Mitte eine konische Schwächung 10 aufweist. Dieses sogenannte Gasdach bietet Schutz bei einem möglichen Auftreten von Explosionen.
Der Ofen ist in eine Betonlagerung 12 eingepaßt, wobei auch zwischen dem Boden des Ofens und der Lagerung Ton 13 vorgesehen ist. Die beiden Tonschichten 11 und 13 wirken als Wärmeisolation, um Wärmeverluste des Ofens nach außen zu verhindern.
An der Vorderseite weist der Ofen eine Beschickungsöffnung auf, die durch eine Ofentür 14 geschlossen wird. Der zu verbrennende Abfall wird durch diese Beschickungsöffnung in den Ofen eingeführt.
An der Rückseite des Ofens befindet sich in der Nähe der Ofenkehle 6 auf der rechten Seite über dieser eine Rauchgasleitung 15, die in der dargestellten Ausführungsform zwei rechtwinklige Biegungen aufweist, von denen die erste in der Nähe der Ofenkehle vorgesehen ist. In diesem Abschnitt verläuft die Wand 16 der Leitung senkrecht zu den Wänden 17 der Leitung und bildet eine Art "Boden" der Rauchgasleitung 15. Im Zentrum dieses "Bodens" 16 befindet sich eine Einspritzöffnung 18, die zum Einspritzen von Katalysatorflüssigkeiten und Luft und als Durchgang für die Pilotflamme und den Zündbrenner (nicht dargestellt) dient. In den Wänden 16 und 17 der Leitung sind in regelmäßigen Abständen Lufteinlaßöffnungen 19 vorgesehen.
Der Ofen selbst weist ebenfalls Lufteinlaßöffnungen auf. Daher ist in jeder der langen Seitenwände 2 nach unten in der Nähe des Bodens 3 eine Reihe von Luftteinlaßöffnungen 20 vorgesehen, die in regelmäßigen Abständen über die Länge des Ofens verteilt sind. Angrenzend an die Ofenkehle 6 ist in jeder der Wände 2 eine größere Lufteinlaßöffnung 21 vorgesehen. An der Oberseite beider Seitenwände befinden sich Reihen kleiner Lufteinlaßöffnungen 22, die insbesondere zur Steuerung des Pyrolysevorgangs dienen. In der Ofentür 14 schließlich befindet sich ebenfalls eine Lufteinlaßöffnung 23, die während der Verbrennung nach der Pyrolyse als Luftloch und Einspritzöffnung für zu verbrennende Flüssigkeiten dient.
Im folgenden wird die Wirkungsweise dieses Ofens beschrieben.
In den sehr großen Ofen, der beispielsweise eine Länge von 16 m und eine Höhe von 4 m aufweist, wird auf der Vorderseite eine Beschickung aus zu verbrennendem Abfall eingeführt. Eine Ofenbeschickung kann aus einer Mischung verschiedener sowohl brennbarer als auch nicht brennbarer Stoffe in mehr oder weniger fein bzw. grob zerteilter Form bestehen, beispielsweise aus Fässern, sie kann ferner Flüssigkeiten, Schlamm, Späne, Erdreich, etc. umfassen. Eine Bedingung ist, daß sie einen durchschnittlichen Energiegehalt von mindestens 7 MJ/kg aufweisen sollte, um eine profitable Wirkung zu erzielen. Bei der Beschickung wird dafür gesorgt, daß auf der Rückseite in der Nähe der Ofenkehle 6 ausreichend brennbares Material vorhanden ist, beispielsweise Fotofilm, Papier Holzabfälle und ähnliches.
Vor dem Zünden des Ofens wird zunächst die Rauchgasleitung erwärmt. Dies erfolgt durch Einspritzen brennbarer Gase oder Flüssigkeiten durch die Einspritzöffnung und Zünden dieser durch den Hilfsbrenner oder den Zündbrenner. Aufgrund der vielen Lufteinlaßöffnungen erfolgt in der Rauchgasleitung eine ordnungsgemäße Verbrennung, wobei nach kurzer Zeit eine ausreichend hohe Verbrennungstemperatur in der Rauchgasleitung erreicht ist. Anschließend wird das brennbare Material an der Rückseite des Ofens über eine der Lufteinlaßöffnungen 19 durch einen elektrischen Zünder angezündet. Durch die reichliche Luftzufuhr durch die Lufteinlaßöffnungen 19 und die ordnungsgemäßen Belüftungsbedingungen in der erwärmten Rauchgasleitung erfolgt hier eine schnelle, vollständige Verbrennung, deren Strahlung von den gewölbten Ofenwänden nach vorne und in das Innere des Ofens zurückgestrahlt wird. Dadurch erfolgt eine allmähliche Erwärmung der weiter entfernten und tiefer befindlichen Stoffe. Während dieses Vorgangs werden der größte Teil der Lufteinlaßöffnungen sowie das Luftloch in der Ofentür geschlossen, beispielsweise mit Verschlüssen aus Glaswolle, so daß wenig Sauerstoff in den Ofen gelangt. Dadurch erfolgt in dem Ofen keine gewöhnliche Verbrennung, sondern eine Pyrolyse, die durch die Verbrennung auf der Rückseite des Ofens aufrecht erhalten wird. Das Einstellen der erforderlichen Hitze und der Geschwindigkeit der Pyrolyse erfolgt durch Öffnen bzw. Schließen der kleinen Lufteinlaßöffnungen 22 an der Oberseite der Seitenwände.
Insbesondere zu Beginn des Vorgangs, bei dem in dem eingefüllten Abfall etwas Luft enthalten ist, können Explosionen auftreten, die jedoch im allgemeinen eingestellt werden können. Wenn Explosionsbedingungen auftreten würden, gewährleistet der Schutz der leichte Gasüberdachung in üblicher Weise, daß die Explosion durch das Dach des Ofens abgeleitet wird.
Es ist bei dem erfindungsgemäßen Ofen unabdingbar, daß die Rauchgasleitung, durch die die Rauchgase der Pyrolyse abgeleitet und verbrannt werden, einen im Vergleich zu dem Durchmesser der Ofenkammer verhältnismäßig geringen Durchmesser aufweist. Dadurch wird erreicht, Daß das heiße Gas über einen langen Zeitraum im Ofen verbleibt, was zur Aufrechterhaltung der Pyrolyse beiträgt.
Der erhebliche Vorteil der Pyrolysebehandlung ist, daß dadurch ein im wesentlichen vollständiger Abbau des zu verarbeitenden Abfalls erfolgt, wobei die organischen Verbindungen im wesentlichen zu Kohlenstoff, Kohlenmonoxid und Wasserstoff abgebaut werden, während anorganische Stoffe in Oxide umgewandelt werden, die jedoch im Gegensatz zu einer gewöhnlichen Verbrennung nur eine geringe Schlackenbildung verursachen. Die dennoch gebildete Schlacke kann leicht durch Aufbringen einer Sandschicht, die mit einer dünnen Schicht aus Papierschnitzeln bedeckt ist, auf den feuerfesten Boden 3 des Ofens zu Beginn des Vorgangs entfernt werden. Während des Pyrolysevorgangs verschwelt diese Papierschicht und die mögliche Schlacke lagert sich auf dieser Kohlenstoffschicht ab und kann anschließend leicht entfernt werden. Der erfindungsgemäße Kammerofen arbeitet besonders wirkungsvoll. Der große Hohlraum in dem Kammerofen und die sehr geringen Gasgeschwindigkeiten in diesem Bereich bewirken eine lange Verweildauer der Gase von bis zu 30 Sekunden. Dadurch kann in diesem Kammerofen eine hohe Temperatur von 1250ºC erzielt und aufrecht erhalten werden, und das Einströmen von Sauerstoff an mehreren Stellen durch die Einlaßöffnungen, das beim Verlassen des Kammerofens einen vorübergehenden Sauerstoffüberschuß verursacht, bewirkt einen vollständigen Abbau größerer organischer Moleküle. Eine vollständige Verbrennung wird schließlich in der engen Rauchgasleitung erreicht, in der durch die große Einspritzöffnung 18 sowie die über die Länge der Rauchgasleitung verteilten Lufteinlaßöffnungen ausreichend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung zugeführt wird. Dabei ist es wesentlich, daß insbesondere im vorderen Abschnitt der Rauchgasleitung eine sehr hohe Temperatur aufrecht erhalten wird. Ferner wird durch das Fehlen von Turbulenzen in dem Pyrolyseabfall sehr wenig Flugasche gebildet, eine Substanz, die bei der gewöhnlichen Verbrennung durch Gitter- bzw. Rotationsöfen erhebliche Probleme verursacht.
Nach Abschluß der Pyrolysereaktionen verbleiben kohlenstoffreiche Stoffe im Ofen. Nun wird die nächste Phase, die Verbrennung, eingeleitet, bei der Lufteinlaßöffnungen 21 an der Unterseite der Seitenwände des Ofens geöffnet werden und allmählich Luft eingelassen wird. Von diesem Zeitpunkt an können durch die Einspritzöffnung 23 in der Ofentür auch Flüssigkeiten zur Verbrennung eingespritzt werden. Die Luftzufuhr erfolgt zu Beginn durch die normale Zufuhr aus der Atmosphäre, für eine intensive Nachverbrennung kann schließlich durch die Druckluftquelle 24 Druckluft zugeführt werden. Unter diesen Bedingungen wird eine vollständige Verbrennung bzw. Röstung der Reststoffe erreicht. Während dieser zuletzt beschriebenen Phase ist auch die Luftloch-Einspritzöffnung 23 in der Ofentür 14 vollständig geöffnet. Schließlich erlischt der Ofen, worauf die Vorderseite des Ofens geöffhet wird, und nach der Befeuchtung der Asche mit Wasser wird sie zusammen mit möglicherweise gebildeten Schlacken entfernt. Der gesamte Vorgang dauert drei bis acht Tage.
Während der Pyrolysephase kann es erforderlich sein, bei der Verbrennung der Rauchgase in der Rauchgasleitung durch die Einspritzöffhung 18 Hilfsstoffe zuzufügen, die katalytisch wirken. Wenn beispielsweise ein Überschuß an Stickoxiden im Rauchgas enthalten ist, kann z.B. eine Ammoniaklösung eingespritzt werden, wo durch Ammoniumnitrat gebildet wird, das zu Stickstoff, Wasser und Sauerstoff abgebaut wird. Im Falle eines übermäßigen CO-Gehalts können beispielsweise Lösungen eingespritzt werden, die Chrom- und Kupferionen enthalten. Diese gelangen in den Gasstrom und werden in Kupferoxid und Chromoxid umgewandelt, die bei einem reichlichen Vorhandensein von Sauerstoff wirkungsvolle Katalysatoren für die Umwandlung von CO in Kohlendioxid darstellen.
Im übrigen wird das bei der Erfindung gebildete Rauchgas im allgemeinen nicht direkt entsorgt, sondern zur weiteren Reinigung zu einer geeigneten Gaswaschvorrichtung geleitet.
Bei einem Ofen der oben beschriebenen Art mit einer Länge von 16 m und einer Höhe von 4 m ist das Ofenvolumen derart, daß er eine Beschickung von 10 bis 60 t aufhehmen kann. Diese Beschickung kann aus brennbaren, d.h. energiereichen und nicht brennbaren, d.h. energiearmen Stoffen bestehen. Im Genzen sollte sie bei einer vollständigen Verbrennung ausreichend Energie liefern, daß die erforderliche Temperatur von ausreichend über 1000ºC erreicht und über mehrere Tage aufrecht erhalten werden kann. Hierfür ist es erforderlich, daß die Ofenbeschickung einen durchschnittlichen Energiegehalt von mindestens 7 MJ/kg aufweist. Dieser zuletzt genannte Wert bestimmt das Verhältnis zwischen brennbaren und nicht brennbaren Abfallstoffen in der Ofenbeschickung. Im folgenden ist ein Beispiel für eine in dieser Weise geeignete Ofenbeschickung aufgelistet. Fotofilm Fotopapier sonstiges Papier Brennbarer Anteil an flüchtigem R.D.F. Kunststoffabfälle, Dosen Holzabfälle Fässer Schlamm Späne Erdreich Fette Verschiedenes
Der geschätzte durchschnittliche Energiegehalt dieser Beschickung liegt bei ±12 MJ/kg. Während der Verbrennungsphase können ±10 t einer wäßrigen Flüssigkeit, beispielsweise einer Restflüssigkeit eines Entwicklers, in den Ofen eingespritzt und verbrannt werden Wenn diese 10 t Abfall zu der gesamten Ofenbeschickung hinzugefügt werden, beläuft sich der durchschnittliche Energiegehalt der 56 t Abfall auf ±10 MJ/kg.
In Fig. 3a ist in Form eines Diagamms eine erfindungsgemäße universelle Abfallverbrennungsanlage dargestellt, wobei mehrere der oben beschriebenen Öfen in wirkungsvoller Weise eingesetzt werden. Diese Anlage umfaßt zwei Pyrolyseverbrennungseinheiten, die je drei erfindungsgemäße Pyrolyseverbrennungsöfen umfassen, die durch das Bezugszeichen A gekennzeichnet sind. Diese Öfen, die jeweils 50 t wiegen, sind in jeder Einheit mit einer gemeinsamen Rauchgaskammer B verbunden, die einen Notkamin aufweist. Die Rauchgaskammer B jeder Verbrennungseinheit ist mit einem primären Gaswaschreaktor C verbunden, und alle primären Gaswaschreaktoren C sind ihrerseits mit einer gemeinsamen Gaswaschsäule D verbunden, in der eine Reihe von Gaswaschstufen übereinander angeordnet sind. Dadurch stimmt die Anlage, die aus den primären Gaswaschreaktoren C und der gemeinsamen Gaswaschsäule D besteht, in Bezug auf die Reinigung der Rauchgase mit der bereits genannten niederländischen Patentanmeldung Nr. 8902490 überein. Ebenso wie bei dieser wird als Gaswaschflüssigkeit eine aus der Fotoindustrie oder ähnlichem stammende Restflüssigkeit verwendet. Der wesentliche Vorteil der Pyrolyseverbrennungseinheiten, die aus drei parallel angeordneten Kammeröfen A bestehen, besteht darin, daß das erfindungsgemäße Verfahren drei Phasen aufweist, nämlich:
A.) die Pyrolysephase, die ein bis drei Tage dauert,
B.) die Ascheverbrennungsphase, die ebenfalls ein bis drei Tage dauert und
C.) die Ausglüh- und Abkühlungsphase, die ein bis zwei Tage dauert.
Durch die parallel angeordneten Öfen einer derartigen Pyrolyseeinheit wird zunächst der erste Ofen beschickt und gezündet. Nach drei Tagen ist die Pyrolysein diesem Ofen abgeschlossen und die Ascheverbrennungsphase wird eingeleitet, während im zweiten Ofen die Pyrolyse eingeleitet wird. Nach fünf oder sechs Tagen wird der dritte Ofen für die Pyrolyse gezündet, während sich der erste Ofen in der Abkühlphase befindet und im zweiten Ofen die Ascheverbrennungsphase eingeleitet wird. Dieser Zyklus kann fortgesetzt werden, so daß der Abfall ohne Unterbrechung verarbeitet werden kann.
Der wesentliche Vorteil dieser Art der Verarbeitung besteht darin, daß einerseits auf annähernd durchgehende Weise eine ständige Verarbeitung erfolgen kann, während andererseits in Form der Beschickungen auch verschiedene Abfallarten verarbeitet werden können, wobei auch der Bestimmungsort und die weitere Verarbeitung oder Wiederverwendung der Asche gewahlt werden können. Die Behandlung der Gase durch die zentrale Gaswaschsäule kann durchgehend erfolgen.
Im Vorhergehenden wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf mehr oder weniger spezifische Beispiele eines Pyrolyseofens und einer universellen Verbrennungsanlage mit zwei Verbrennungseinheiten mit je drei Pyrolyseöfen beschrieben. Die Öfen können in Bezug auf die Form und Anordnung modifiziert werden. Für eine universelle Verbrennungsanlage können ferner mehr als die zwei Verbrennungseinheiten des Beispiels verwendet werden. So können beispielsweise vier derartige Anlagen zentral mit einer Gaswaschanlage verbunden sein. Eine wirkungsvolle Anordnung ist beispielsweise eine, bei der vier Verbrennungseinheiten, die jeweils einen primären Geswaschreaktor aufweisen, mit einem zentralen Waschturm mit mehreren Gaswaschstufen verbunden sind.

Claims

1. Verfahren zum Verbrennen von verschiedenen Abfallstoffen, wobei der zu verbrennende Abfall einer Pyrolyse in einem horizontalen Kammerofen unter Sauerstoff abgereicherten Umständen unterworfen wird und sodann unter Zufuhr von adäquater Luft vollständig verbrannt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Pyrolyse bei Temperaturen von 11000 - 1450ºC ausgeführt wird,

die entstehenden heißen Pyrolysegase am Hinterende des Kammerofens und in einer damit verbundenen Rauchgasleitung unter Zufuhr von adäquater Luft oder Sauerstoff verbrannt werden,

katalytisch aktive Stoffe dem heißen Pyrolysegasstrom in der Rauchgasleitung zugesetzt werden, und

das aus der Rauchgasleitung kommende Rauchgas schnell gekühlt und durch Berührung mit einer Gaswaschflüssigkeit gereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Gaswaschflüssigkeit aus Restflüssigkeiten gewählt ist, die einen hohen chemischen Sauerstoftverbrauch ergeben, umfassend Komplexbildner, Verbindungen von Schwermetallen, Schwefel- und Stickstoffverbindungen, die von Fixierbädern und dergleichen von den fotografischen, fotochemischen und galvanischen Industrien herrühren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Kammerofen mit Abfall geladen ist, der derart sortiert ist, daß der durchschnittliche Energiegehalt des Ofens wenigstens 7 MJ/kg beträgt.

4. Kammerofen zur Benutzung in dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, umfassend einen horizontalen, rohrförmigen Ofen mit feuerfesten Ofenwänden, die gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig sind, wobei der Ofen an der Vorderseite mit einer Beschickungsöffnung versehen ist, die mit einer Ofentür geschlossen werden kann, und an der Hinterseite eine Ofenkehle aufweist, die in eine horizontale Rauchgasleitung ausmündet, deren Durchmesser kleiner als derjenige des Ofens ist, wobei eine Lufteinlaßöffnung in jeder der Seitenwände in der Nähe der Ofenkehle vorgesehen ist und Lufteinlaßöffnungen auch in der Rauchgasleitung vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

jede der langen Seitenwände des sehr länglichen Ofens mit einer oberen Reihe verschließbarer Lufteinlaßöffnungen an der Oberseite und einer unteren Reihe verschließbarer Lufteinlaßöffhungen an der Unterseite versehen ist, wobei alle Öffnungen über die Wandlänge verteilt sind,

die Rauchgasleitung nahe der Ofenkehle senkrecht auf der Längsrichtung des Ofens abbiegt und eine Einspritzöffnung in der Wand der Rauchgasleitung bei dieser Biegung vorgesehen ist, die gemäß der Längsachse der umgebogenen Rauchgasleitung gerichtet ist, und

wenigstens die obere Wand des Ofens eine konkav gewölbte Form aufweist, um die heiße Strahlung des Pyrolyseverfahrens in den Fokus zurückzustrahlen.

5. Kammerofen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Ofens konkav gewölbt ist.

6. Kammerofen gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß

die obere Wand des Ofens vollständig oder teilweise mit einer wärmeisolierenden Tonschicht an der Außenseite bedeckt ist und

der Ofen mit einer Deckplatte aus Beton bedeckt ist, umfassend eine Schwächung für die Eventualität von Gasexplosionen.

7. Kammerofen gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmeisolierende Tonschicht zwischen dem Boden des Ofens und dem Bett des Ofens vorgesehen ist.

8. Kammerofen gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofentur mit einer verschließbaren Luftloch-Einspritzöffnung versehen ist.

9. Universelle Abfallverbrennungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anlage eine oder eine Anaahl Pyrolyseverbrennungseinheiten umfaßt, die je aus drei Kammeröfen gemäß den Ansprüchen 4 bis 8, einer zentralen Rauchgaskammer, mit der die Rauchgasleitungen der Kammeröfen verbunden sind, und einem Gaswaschreaktor verbunden mit der Rauchgaskammer für die primäre Rauchgasreinigung und einer zentralen Gaswaschsäule mit einer Anzahl über einander angeordneter Waschstufen bestehen, wobei die Gaswaschreaktoren der Pyrolyseverbrennungseinheiten in Kombination mit der genannten zentralen Gaswaschsäule verbunden ist.