AT394710B - Verfahren zum verbrennen von aus brennbaren abfaellen stammendem brennstoff in einem brenner zur zementklinkerherstellung - Google Patents

Description

AT 394 710 B

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von aus Abfällen stammendem Brennstoff und zu dessen gleichzeitiger Verwendung als Hilfsbrennstoff neben herkömmlichen Brennstoffen (Kohle, Öl usw.) bei der Zementklinkerherstellung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine oder mehrere hierzu geeignete Einrichtungen. Es ist wohl bekannt, daß die unkontrollierte Abladung der Massen fester Abfälle auf das Gelände und auf die Ufer von Wasserläufen eine starke Verseuchung des Bodens mit sich gebracht hat und nach wie vor mit sich bringt und das technisch-soziologische und wirtschaftliche Problem der Sammlung und Beseitigung der Abfälle steht hinsichtlich seiner Schwerwiegigkeit bereits Seite an Seite mit jenem der Sanierung der Gewässer und der Reinigung der Luft.

Die derzeit angewandten technischen Lösungen zur Vermeidung bzw. zumindest Herabsetzung der Nachteile und Gefahren der unbefugten Ausladungen sind folgende: kontrollierte Ausladung, Wärmezerstörung mit und ohne Wärmerückgewinnung, Kompostierung, Kompostierung mit Erzeugung von aus den Abfällen stammenden Brennstoff. Eine, grundsätzlich nicht neue, jedoch erst seit wenigen Jahren auf industrieller Basis ausgeführte integrierende Operation besteht in der Rückführung, d. h. in der Wiedergewinnung und Wiederverwertung der noch verwendbaren Materialien.

Auch wenn das am meisten verbreitete Beseitigungsverfahren jenes der kontrollierten Ausladung ist, wird nicht selten zur Verbrennung und Rückführung gegriffen, letztere auch im Lichte der enormen Potentialität der Vergeudungsherabsetzung.

Die Wärmezerstörung der rohen Abfälle nützt wieder die Brennstoffeigenschaften eines Teils der Abfälle aus, wobei letztere in inerte feste Rückstände (Asche und Schlacken), die ein geringeres Volumen (bis zu 20 %) des ursprünglichen einnehmen, sowie in gasförmige Rückstände (Verbrennungsgase) verwandelt werden. Letztere nehmen Gas und Staub mit sich und müssen ihrerseits gereinigt werden, bevor sie in die Atmosphäre abgegeben werden.

Die Verbrennungsanlagen bestehen somit im wesentlichen aus dem Verbrennungsofen und den diesbezüglichen Zusatzeinrichtungen (Abfallsammelgrube), Belade- und Entladeeinrichtungen, Schlackenlöscheinrichtungen) sowie aus den Rauchreinigungseinrichtungen (Elektrofilter, Waschtürme usw.), deren Kosten bei kleinen und mittleren Anlagen in der gleichen Größenordnung wie jene der Öfen liegen. Derzeit besteht eines der Probleme der Wärmezerstörungsanlagen darin, die Vorurteile zu beseitigen, welche ihren Ursprung in der Ungeeignetheit der bisherigen Einäscherungsanlagen haben.

Die Kompostierung verwirklicht die Trennung und die Wiedergewinnung der in den festen städtischen Abfallprodukten enthaltenen organischen Stoffe und der Umwandlung über aerobische Prozesse in ein stabilisiertes und hygienisches Produkt, welches im Boden zur Integration dessen Gehaltes an organischen Stoffen verwendet wird. Was von den Abfällen übrig bleibt, stellt den unentgeltlichen Bestandteil (Papier, Fasern, Kunststoff, Holz usw.) dar. In einer Anlage zur alleinigen Kompostierung stellt die Halde einen integrierenden Anlagenteil dar, da in ihr die unentgeltlichen Bestandteile abgelagert weiden.

Ein Spezialfall der Kompostierung ist jener, der die Herstellung von aus den Abfällen stammenden Brennstoff gestattet Dies wird praktisch in einer Anlage der gleichen Art jener für die Kompostierung verwirklicht, wobei die unentgeltlichen Bestandteile einer folgenden Auswahl (in Metalle, Glas usw.), einer Mahlbeaibeitung, einer Homogenisierung usw. unterworfen werden, deren Endprodukt mit einem unteren Heizwert um 4000 Kcal/kg als aus den Abfällen stammender Brennstoff (RdF = Refuse derived Fuel) bezeichnet wird.

Es wurde nun gefunden, daß eine ausgezeichnete Rückgewinnung des Wärmegehaltes dann möglich ist, wenn dieser aus den Abfällen stammende Brennstoff als Hilfsbrennstoffmaterial in Zementklinkeröfen verwendet wird, wobei das nachfolgend erläuterte Verfahren und die ebenfalls nachfolgend erläuterte Reihe von Einrichtungen zur Anwendung gebracht werden.

Zement wird bekanntlich ausgehend von Agglomeraten von Rohmaterialien, insbesondere Kalkstein oder Ton, erhalten, welche mittels verschiedener Systeme aus dem Steinbruch extrahiert werden und welche anschließend in ein, Klinker genanntes Produkt verwandelt werden, das zusammen mit anderen Bestandteilen zu verschiedenen Zementarten führt. Klinker unterscheiden sich in natürliche und künstliche, je nachdem ob sie aus Materialien (Mergel) erhalten werden, welche die nötigen Bestandteile bereits in geeigneten Verhältnissen enthalten, oder ob sie aus künstlich zubereiteten Mischungen erhalten werden. Die Klinkerherstellung erfolgt in zwei grundsätzlichen Schritten: die Zubereitung der Rohmischung (Brechen, Mischen, Homogenisieren) und das Brennen der Mischung bis zu einer Temperatur von etwa 1450 °C, welches Brennen gewöhnlich in großen Drehöfen durchgeführt wird. Die Zementherstellung ist das Ergebnis eines darauffolgenden Arbeitsganges, der in der Mischung in vorbestimmten Verhältnissen des (abgekühlten) Klinkers und der anderen Bestandteile (je nach Art des Endproduktes) besteht, sowie in der Mischung dieses neuen Gemisches bis zum Erhalt eines sehr feinen, homogenen Pulvers.

Die Zementherstellung ist gewöhnlich in Abhängigkeit vom Bedarf in bestimmte Werke verteilt, wobei zu bemerken ist, daß die Verfügbarkeit der Rohmaterialien einen geringen Einfluß besitzt, während die Einrichtung eines modernen Zementwerkes einerseits die Verfügbarkeit großer Anfangsinvestierungen und anderseits das Vorhandensein geeigneter Energiequellen erfordert

Das erfindungsgemäße Verfahren ist wohl nur auf die Phase der Klinkerbildung beschränkt, doch gestattet es die Ausnutzung einer lohnenden Energiequelle (wobei es gleichzeitig das mit der Beseitigung der Abfälle verbundene Problem löst, wie bereits oben erwähnt). -2-

AT 394 710 B

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum Verbrennen von brennbaren Abfällen, insbesondere von festen Abfällen, wobei die Einäscherung in einem Brenner besonderer Konstruktion ausgeführt wird, welcher seinerseits einen zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.

In seiner Gesamtheit ist das Verfahren nicht als auf die Verbrennungsphase allein beschränkt aufzufassen, sondern dieselbe ist in Abhängigkeit von sämtlichen vorhergehenden Schritten zu betrachten, die insgesamt die Natur der Erfindung bilden.

Erfindungsgemäß wird der aus Abfallen stammende Brennstoff (RdF) somit in einem Brenner eines Ofens zur Klinkerherstellung für Zement eingeäschert, in welchem er die Funktion eines Hilfsbrennstoffes neben den herkömmlichen Brennstoffen besitzt

In seiner Gesamtheit sieht das Verfahren die Lagerung der Masse von Abfällen, die Dosierung und den Transport derselben zum Brenner und die eigendiche Verbrennung vor: der aus den Abfällen stammende Brennstoff wird in einen Kasten mit beweglichem Boden geladen, unter der Mitwirkung von fließfähig machenden Haspeln zu einer Wiegedosiereinrichtung übergefühlt, von welcher er mittels einer pneumatischen Transporteinrichtung unter der Kontrolle einer Drehzelle dem Brenner zugeführt wird, wobei die Drehzelle die Abdichtung und die konstante Verteilung des Materials sicherstellt.

In großen Zügen umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren somit die Lagerung der Masse der Abfälle, die Dosierung und den Transport derselben zum Brenner, die eigentliche Einäscherung, wobei das Verfahren in einer Anlage mit kompaktem Aufbau ausgeführt wird, die völlig automatisiert ist und ortsfest oder beweglich sein kann. Nachdem der Lagerkasten bei kontinuierlichem Betrieb von oben und bei aussetzendem Betrieb auch von hinten gespeist werden muß, kann die Anlage sowohl teilweise versenkt, als auch vollständig frei auf dem Boden aufgestellt werden.

Die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden durch die Bemessung der Anlage, die natürlich von der geforderten Leistungsfähigkeit und von den chemisch-physikalischen Eigenschaften des zu verbrennenden Materials abhängt, noch umso weniger durch die Anordnung der Anlage eingeschränkt, für die naturgemäß ein geschützter Ort ratsam ist, um die negativen Witterungseinflüsse z. B. des Regens bzw. Windes auszuschalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in einer Anlage ausgeführt werden, die in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt ist

Es versteht sich jedoch, daß andere graphische Darstellungen bzw. andere praktische Lösungen ohneweiters denkbar sind, die sämtliche als unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallend anzusehen sind, so daß das Schema, auf welches nachfolgend Bezug genommen wird, nur beispielshaften Charakter besitzt

Mit (1) ist in der Figur der Beladegreifer bezeichnet, (2) ist der Zufuhrkasten, (3) die Reihe der fließfähig machenden Haspeln, (4) die Wiegedosiereinrichtung, (5) die Drehzelle, (6) der Verdichter, (7) die Zufuhrleitung, (8) der Brenner, (9) der Ofen, (10) die Pumpengruppe, (11) der Ölbehälter und (12) das Ölfilter.

Wie erwähnt, sieht das Verfahren eine Reihe von Operationen vor und wird gänzlich mittels elektronischer Einrichtungen geregelt welche eine zentrale und ständige Kontrolle des gesamten Produktionskreislaufes gestatten, wobei die genannten Operationen, auch unter Bezugnahme auf das Schema der Fig. 1, wie folgt zusammengefaßt werden können: - Lagerung und Abförderung -Wiegedosierung - pneumatischer Transport - Verbrennung.

Die Lagerung und Abförderung werden in einer Zone ausgeführt die im wesentlichen aus einem prismatischen Trichter besteht dessen Abmessungen und mechanischen Kennzeichen von der Natur des zu behandelnden Materials abhängen und der in einer geeigneten Stahlbaustruktur gelagert ist welche ebenfalls in Abhängigkeit von der gewünschten Anlageart konstruiert ist die wie gesagt ortsfest oder beweglich sein kann.

Der Trichterboden besieht aus einer aus Spundelementen, vorzugsweise aus Aluminium, zusammengesetzten beweglichen Platte, welche Spundelemente gegeneinander beweglich sind und gemäß einem, zweckmäßig durch elektronische Einrichtungen kontrollierten logischen Zyklus den Vorschub oder die Rückgewinnung des Materials gestatten. Die automatisierte Steuerung gestattet somit je nach Bedarf den Vorschub bzw. das allmähliche Setzen des Materials in Richtung der Dosiereinrichtung.

An der Materialaustragstelle des Kastens sind in Reihe Haspeln zum Entkörnen und zum Fließfähigmachen angeordnet, welche eine konstante Speisung des Abfuhrtrichters gestatten. Die Steuerung der Haspeln kann unabhängig sein oder nicht, wobei die Befestigung mittels Langlöchem erfolgt, um die gewünschte Positionierung zu ermöglichen.

Die allmähliche Dosierung erfolgt mittels eines Be-/Entladetrichters des Lagerkastens, mit unterschiedlicher Neigung, der die Speisung der Wiegedosiereinrichtung (4) in Fig. 1 ohne Stauung gestattet, welche ein Band auf elektronischen Lastzellen umfaßt, die eine kontinuierliche Präzisionsdosierung des behandelten Materials gestatten.

Als Lager- und Zufuhrkasten kann vorteilhafterweise der in der italienischen Patentschrift ΓΓ-Α-1202259 (auf welche wegen Einzelheiten verwiesen wird) beschriebene Kasten mit beweglichem Boden verwendet werden, doch -3-

AT 394 710 B ist jede andere praktische Lösung ebensogut möglich, sofern nur der Dosiertrichter (4) derart gesteuert wird, daß der Materialfluß entsprechend den Erfordernissen des Arbeitsablaufes Abfallbeseitigung/Klinkererzeugung automatisiert werden kann.

Mittels des Verdichters (6) wird das Material durch die Leitung (7) dem Brenner zugeführt. Die Drehzelle (5) hat die Aufgabe, die Abdichtung und die konstante Materialverteilung sicherzustellen, wobei in Betracht zu ziehen ist, daß die Bemessung des Verdichters, der Drehzelle und der Transportleitung von der Leistungsfähigkeit der Anlage, den physikalischen Eigenschaften des Materials und vom lay out der Transportleitung abhängen und wobei es ratsam ist, daß die Transportgeschwindigkeit innerhalb da- Grenzen von 18 - 27 m/sek verbleibt.

Das somit zweckmäßig dosierte Material wird dem Klinkerbrenner zugeführt.

Auch diesbezüglich versteht es sich, daß die Brennerabmessungen in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des zu verbrennenden Materials (spezifisches Gewicht, Stückgröße, Feuchtigkeit, Zündpunkt, unterer Heizwert, prozentueller Anteil an flüchtigen Stoffen usw.) und/oder von den Betriebskennzeichen und -Bedingungen des Verbrennungsraumes, bzw. in Abhängigkeit von der gesamten konstruktiven Form des Ofens zur Klinkerherstellung gewählt werden können.

Der konstruktive Aufbau muß derart sein, daß die größte Lebensdauer gewährleistet wird. Die Austrittsgeschwindigkeit des Luft-Brennstoff-Gemisches aus dem Brenner ändert sich in Abhängigkeit von obigen Parametern, liegt aber jedenfalls zwischen 30 und 60 m/sek.

Die Baumaterialien haben die Verwendung von hitzefesten Stählen vorzusehen. Der Brenner ist vor Verformungen zufolge Strahlungswärme mittels hitzefester Werkstoffe, die den hohen Temperaturen standhalten, zu schützen.

Die Anordnung des Brenners dieser festen stückigen Materialien in bezug auf den Brenner des Trägerbrennstoffes kann konzentrisch, übereinanderliegend oder peripherisch zu diesem sein. Es ergibt sich somit ein Brenner zusammengesetzter Bauweise mit Einlaß, auf welchen der alternative Brenner der anderen herkömmlichen festen oder flüssigen Brennstoffe folgt Die günstigste Anordnung wird bei Kenntnis der Bauform des Verbrennungsraumes und des Prozesses, in den der Brenner eingeschaltet ist, definiert.

Unter Beachtung der oben erwähnten Bedingungen und vorausgesetzt daß jede Über- oder Unterdimensionierung des nachfolgend beschriebenen Brenners keine außerhalb der Erfindung liegende Lösung liefert, stellt der Brenner einen zweiten Gegenstand der Erfindung dar, der in einen Ofen zur Klinkerherstellung eingebaut die Ausnutzung der Energie gestattet, die von der Verbrennung von festen Abfallen herrührt, um die Klinker zu erzeugen.

Dieser Brenner umfaßt die folgenden wesentlichen Abschnitte: 1) einen äußeren Ringraum, welcher den Durchtritt der axialen Primär-Verbrennungsluft gestattet 2) einen mittleren Ringraum, der den Transport und das Einblasen der herkömmlichen festen Brennstoffe gestattet; 3) einen inneren Ringraum, der den Durchtritt der radialen Primär-Verbrennungsluft gestattet; 4) ein inneres Rohrgehäuse zur Aufnahme des Hauptbrenners des herkömmlichen flüssigen Brennstoffes.

Den herkömmlichen Brennern gegenüber weist dieser Brenner folgende Unterschiede und Vorteile auf: 1) große Flexibilität mit Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit der Verbrennung von 10 bis 30 x 10^ Kcal/h zu ändern; 2) erhebliche Elastizität mit Möglichkeit, der Hamme stark unterschiedliche L6ngen und Formen zu geben; 3) großer Verbrennungswirkungsgrad zufolge der Möglichkeit, die Durchflußmenge und den Druck der Primärluft zu verändern und der Hamme eine starke Dynamik zu erteilen; 4) Energiewirtschaftlichkeit, da der Brenner mit einer Mindestmenge an Primärluft, d. h. 3 - 4 % der gesamten Verbrennungsluft, arbeiten kann.

Rein beispielsweise wird entsprechend der obigen allgemeinen Definition eine Art von Brenner im einzelnen beschrieben, der mit aus Abfällen stammenden Brennstoff (RdF) gespeist wird.

Ofenart: - Klinkerproduktionsofen 3,30 x 3,0 x 3,30 m -Naßverfahren - Wärmewiedergewinner, Kreuzketten - Klinkerabkühler: Planetarium - Tagesproduktion: 4001 - Wärmebelastung max. 30 x 10^ Kcal/h - Trägerbrennstoff, Kohlenstaub - Kennzeichen des Kohlenstaubes: unterer Heizwert 7300 Kcal/kg, flüchtige Stoffe 27 %, Asche 7 %. -4-

Claims (5)

1. AT 394 710 B Kennzeichen des aus den Abfällen stammenden Brennstoffes (RdFV - Stückgröße - spezifisches Gewicht -Feuchtigkeit -unterer Heizwert -Asche <40 mm 0,2-0,25 kg/dm1
2. 2 S20% 35004500 Kcal/kg £ 15 % Bsmsr, 800 kg/h an RdF 650 Nmc/h. - Leistungsfähigkeit - Transportluft Der Brenner besteht aus einem zentralen Rohr mit einem Durchmesser von 78 mm aus Stahl AISI310 S = 6, besonders widerstandsfähig gegen Abrieb und hohen Temperaturen gegenüber. Im Abstand von 360 mm vom Ende beginnt eine Durchmesserverkleinerung, welche in 160 mm den Innendurchmesser auf 65 mm bringt. Der letzte, 200 mm lange Abschnitt ist zylindrisch. Die genannte Durchmesserverkleinerung ist so bemessen, daß eine bessere Mischung von Luft und RdF erhalten wird, sowie zur Kontrolle der Einblasgeschwindigkeit, die 55-60 m/sek betragen soll. Der besagte Brenner ist umhüllt von einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 102 mm, ebenfalls aus Stahl AISI 310 S = 6, um ihn gegen das Herabfallen des Klinkers und gegenüber der Temperatur zu schützen. Der Mantel ist seinerseits durch eine hitzefeste Stampfmasse mit einer Dicke von 40 mm geschützt und ist mit Haken zur Verankerung am Rohrgehäuse des Hauptbrenners versehen; 0-4 mm, 30 mm, h Haken 20 mm aus Stahl AISI 310. Die Haken und die mit Stampfmasse zu verkleidenden Oberflächen sind mit dickem Lack oder geschmolzenem Talg vor dem Guß zu bestreichen. Der nach der Zerstörung dieses Materials beim Temperaturanstieg frei gelassene Raum gestattet die Wärmedehnung der Verkleidung. Der Brenner wird oberhalb des Primärbrenners montiert, mit der Möglichkeit, seine Anordnung zu ändern, indem er um einen maximalen Winkel von 45° verschwenkt wird. Zu diesem Zweck ist die Durchtrittszone des Brenners im Ofenkopf zweckmäßig mit Langlöchem versehen. Ein Normalbetrieb der Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht beispielsweise eine (aussetzende) Beladung des Lagertrichters mit Material von von diesem wird das Material durch die bewegliche Bodenplatte zur Wiegedosiereinrichtung übergefühlt, welche die voibestimmte Materialmenge der pneumatischen Transporteinrichtung zuführt. Der am Ladetrichter der Wiegedosiereinrichtung angebrachte Niveaufühler gestattet eine konstante Beschik-kung, indem er auf die Bewegung der beweglichen Bodenplatte zur Entnahme des Matmals aus dem Lagertrichter einwirkt. Der an der Leitung des Luftverdichters angeordnete Druckwächter verhütet eine Verstopfung der Transportleitung des Materials. Der Druck wirkt auf den Betrieb der Wiegedosiereinrichtung ein. Der am Ende der pneumatischen Transporteinrichtung vorgesehene Druckwächter dient dazu, etwaige verstopfte Abschnitte der Transportleitung aufzuzeigen. Jede Art von Abfällen kann im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, wobei sich besondere Vorteile bei Verwendung von festen Abfällen ergaben, die unter den folgenden ausgewählt waren: von Abfällen stammender Brennstoff (Refuse derived Fuel) mit unterschiedlicher Dichte oder Stückgröße, Sägemehl usw. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Verbrennen von aus brennbaren Abfallen stammendem Brennstoff in einem Brenner zur Zementklinkerherstellung, als Hilfsbrennstoff in Verbindung mit herkömmlichen Brennstoffen, unter Lagerung der Abfallmasse, Dosierung und Transport der brennbaren Abfälle zum Brenner und eigentlicher Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial in einen Zufuhrkasten mit beweglichem Boden geladen, unter der Mitwirkung von fließfähigmachenden Haspeln zu einer Wiegedosiereinrichtung überführt und von dieser dem Brenner mittels einer pneumatischen Transporteinrichtung unter der Kontrolle einer Drehzelle zugeführt wird, die die Abdichtung und kontinuierliche Verteilung des Materials sicherstellt. -5- 1 Verfahren zum Verbrennen von aus brennbaren Abfällen stammendem Brennstoff nach Anspruch 1, dadurch 2 gekennzeichnet, daß das Material mit einer Geschwindigkeit von 18 bis 27 m/s dem Brenner zugeführt wird. AT 394 710 B
3. 3. Verfahren zum Verbrennen von aus brennbaren Abfallen stammendem Brennstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung und Abförderung in einem prismatischen Trichter durchgeführt wird, dessen Boden aus einer aus Spundelementen zusammengesetzten beweglichen Platte besteht
4. 4. Verfahren zum Verbrennen von aus brennbaren Abfällen stammendem Brennstoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung und Abförderung unter Heranziehung eines Kastens mit beweglichem Boden durchgeführt wird.
5. 5. Brenner, der in der Lage ist, eine Ausgangsgeschwindigkeit des Luft-Brennstoff-Gemisches von 30 bis 60 m/s sicheizustellen und der in dem Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen verwendbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Hauptabschnitte: - äußerer Ringraum zum Durchtritt der axialen Primär-Verbrennungsluft, - mittlerer Ringraum für den Transport und das Einblasen der herkömmlichen festen Brennstoffe, - innerer Ring-raum für den Durchtritt der radialen Primär-Verbrennungsluft, - inneres Rohrgehäuse zur Aufnahme des Hauptbrenners des herkömmlichen flüssigen Brennstoffes. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -6-