DE2710205A1

DE2710205A1 - Verfahren zum brennen von kalk in einem schachtofen mit umwaelzgassystem

Info

Publication number: DE2710205A1
Application number: DE19772710205
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Chem Dr Weber
Original assignee: SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF-WERKE AG; SKW Trostberg AG
Current assignee: SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF-WERKE AG; Evonik Operations GmbH
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2710205C2; JPS53140297A

Description

Verfahren zum Brennen von Kalk in einem Schachtofen mit
Umwälzgassystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Kalkstein un/oder anderem karbonatischen Gestein in einem Schachtofen mit Umwälzgassystem, wobei die Brennenergie ganz oder teilweise aus Abfallstoffn wie Müll und/oder Altreifen gewonnen wird.
Die in solchen Abfallstoffen enthaltene Energie wurde bisher entweder nach Verbrennung oder Vergasung in Dampf oder in elektrischen Strom umgewandelt oder diente als Ferngas für eizzwecke. Der Wirkungsgrad der Energieunwandlung war in den bisher errichteten Anlagen nicht besonders groß. In Kalkofen wurde zwar mit solchermaßen gewonnener Energie experimentiert, ohne daß jedoch ein überzeugender Erfolg erreicht wurde. Die Verwendung von aus Abfallstoffen gewonnenen Abgasen in einem Kalkofen hAtte den besonders hoch zu bewertenden Vorteil, daß mit dem sich kontinuierlich erneuernden Kalk ein-ausgezeichnetes Mittel zur Bindung umweltschädlicher Substanzen zur Verfügung steht, das entweder in manchen Fällen überhaupt erst die thermische Verwertung von Abfällen zuläßt oder zumindest die Hintanhaltung von Schadstoffemissionen wesentlich vereinfacht und Investition und Betrieb verbilligt.
Die DOS 23 28 332 behandelt ein Verfahren zur Vernichtung von Abfall durch Vergasung in einem Gasgenerator, wonach das Gas z.B. dem Verbrennungsraum eines Kalk- oder Zementofens zugeführt und darin verbrannt wird. Auch wird bereits die Verbrennung des erzeugten Gases in Kombination mit einer Ö1- oder Kohlenstaubfeuerung angeregt.
Bereits in der deutschen Patentanmeldung P 26 47 021.3 wird ein Verfahren zum Betrieb eines mit einer Feuerung zur Aufspaltung von Altreifen verbundenen Kalkschachtofens beschrieben, wonach die außerhalb eines Schachtofens unter Luftmangel aus den thermisch zersetzten Altreifen erhaltenen Zersetzungsprodukte zusammen mit erheblichen Rußantailen einem Kalkschachtofen zugeführt und mit der Unterluft des Schachtofens nachverbrannt werden, so daß ein vollständiger Brand des Kalkes erreicht wird.
Ein Nachteil des Einsatzes von durch Pyrolyse von Hausmüll erhaltenen Gases liegt in dessen beträchtlich schwankendem Gehalt an brennbaren Bestandteilen und damit in seinem unterschiedlichen Ensrgieinhalt. Auch durch Vorsortieren kann eine große Schwankung im angedienten, aus Hausmüll erzeugten Gas nicht vermieden werden. Der Heizwert solchermaßen hergestellten Pyrolysegases schwankt zwischen 800 bis 3000 kcal/Nm3.
Aufgrund des derzeitigen Standes der Technik war nicht voraussehbar, daß bei Standardöfen der Kalkindustrie ein befriedigender einsatz von Energie aus Hausmüll und ähnlichen Abfallstoffen möglich ist, um einen gleichmäßig gebrannten Kalk zu erhalten.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, welches es gestattet, das bei der Vergasung von Abfallstoffen der verschiedensten Art entstehende brennbare Gas unterschiedlichen Heizwertes trotzdem für das Brennen von Kalk in einem Schachtofen herkömmlicher Bauart einzusetzen und einen genauso gleichmäßig gebrannten Kalk zu erreichen, wie er bei Einsatz z.B. von Ö1, Erdgas oder Generatorgas gleichmäßiger Zusammensetzung und einem Heizwert von 6000 bis 10000 kcal/Nm erhalten wird.
Gelöst wurde diese Aufgabe des Brennens von Kalk in einem Schachtofen mit Umwälzgassystem, in dem neben der aus der Pyrolyse von Abfallstoffen entstehenden Wärmeenergie unterschiedlichen Wärmeinhaltes Brennstoffe mit konstantem Heizwert eingesetzt werden dadurch, daß der Brennstoff mit konstantem Heizwert dosiert, in AbhAngigkeit vom Heizwert des der Müllpyrolyse entstammenden Gases zugegeben wird. Auf diese Weise gelingt es, die große Schwankungsbreite des z.B. aus Hausmüll erzeugten Pyrolysegases bei der Erzeugung von hochwertigan, gleichmäßig gebrannten Kalkes zu kompensieren.
Das Verfahren dnr Ereindung läßt sich in jedem Kalkschachtofen herkomnlicher Bauart durchführen, sofern der Schachtofen für Umwälzgassyste eingerichtet ist und eine oder mehrere Brennerebenen besitzt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin1 daß Schachtöfen mit zwei Brennerebenen verwendet werden, wobei das der Müllpyrolyse entstammende Gas ausschließlich der oberen Brennerebene aufgegeben und in der unteren Brennerebene ausschließlich Brennstoff mit konstantem Heizwert eingesetzt wird. Durch diese Verfahrensweise wird eine gute Durchmischung der Brenngase erreicht, was schließlich zu einem gleichmSig gar gebrannten Kalk führt.
Eine weitere Möglichkeit der Aufgabe der Heizenergie besteht darin, in der oberen Brennerebene ausschließlich Brennstoff mit konstantem Heizwert, also Generatorgas, Erdgas oder Öl aufzugeben, in der unteren Brennerebene kombiniert Brennstoff mit konstantem Heizwert und Gas aus der Müllpyrolyse einzusetzen.
Schließlich ist es auch denkbar, die obere Brennerebene ausschließlich rit Brennstoff konstanten waizwer'es zu heschicken und den darunterliegenden Brennern ausschließlich das der Müllpyrolyse entstammend-- Gas zuzuführen.
Es war nun wichtig eine Kenngröße zu finden, um die Menge des Energiaträgers mit konstantem Heizwert, wobei dessen Heizwert höher ist als der Heizwert des der Müllpyrolyse entstammenden Gases, zu ermitteln und auf diese Weise laufend den aufgrund der Schwankungsbreite des Müllabgases entstehenden Überschuß oder Fehlbetrag auszugleichen.
Solche Kenngrößen boten sich in Form laufend Znergieinhaltsrcssungen des Gases, laufender Messungen der Gaszusammensetzung einschließlich laufender Mengenmessungen oder laufender Temperaturmessungen im Umwälzgas bzw. bereits im Pyrolysegas der Abfallstoffe an. Als direkt brauchbare Regelgröße für die Dosierung des Energieträgers mit konstantem Heizwert wurde schließlich die Temperatur des Umwälzgases erkannt, welche darüber hinaus am einfachsten zu erfassen ist.
Bei besonders stark schwankendem Angebot an Pyrolysegas oder bei stark wechselnder Gaszusammensetzung kann es sich als zweckmäßig erweisen, nicht nur eine Kenngröße des Pyrolysegases als Bezugsgröße zu verwenden, sondern die Dosierung des Gases konstanten Energieinhaltes aufgrund der durch Integration mehrer Parameter, wie z.B. der Temperatur und/oder des Wärmeinhaltes und/oder der Gaszusammensetzung und/oder des Heizwertes und/oder der Gasmenge und/oder des Gasdruckes erhaltenen Daten vorzunehmen.
Da die Temperatur des Umwälzgases abhängig ist von der Wärmeaufnahmefähigkeit des Kalkes im untersten Teil der Brennzone, hängt die Wärmeaufnahmefähigkeit des Kalkes aber auch von der ihm bereits in den oberen Teilen der unteren Brennzone zugeführten Wärme ab. Es erwies sich daher als besonders zweckmäßig, die Gase der Abfallpyrolyse vorzugsweise den Brennern der oberen Ebene, die Energie konstanten Wärmeinhaltes, also Öl oder Generatorgas, den Brennern der unteren Ebene des Ringschachtkalkofens aufzugeben.
Sollten aus Umweltgründen besondere Auflagen resultieren, müßte das Gas der Abfallpyrolyse der unteren Brennerebene zugeführt und der oberen Brennerebene der Träger konstanten Energieinhaltes aufgegeben werden. Die Kalkqualität könnte ggf. durch zusätzliche Korrektur der Verweilzeit des Kalkes gesteuert werden.
Schließlich ist auch die Möglichkeit der zusätzlichen Einführung des Energieträgers konstanten Energieinhaltes in die untere Brennkammer Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Zufuhr von beispielsweise Öl oder Generatorgas dient zum Ausgleich evtl. zeitweilig auftretender geringerer, dem Pyrolysegas entsta. mmender Energiemengen aufgrund unterschiedlicher Hizwertoc.hwankung2n der Abfälle Bei Wiederansteigen das Wärmeinhaltes des Pyrolysegases, etwa bei Vergasung überdurchschnittlich hoher anteile von Papier, Kunststoffen oder Altreifen wird die Zufuhr des Generatorgases im gleichen Naße gedrosselt.
Aufgrund der konstruktiven und verfahrensmäßigen Gegebenheiten des Ringschachtofensystems ist es auf diese Weise möglich, den Kalkstein bzw. Kalk gleichmäßig mit Wärme zu beaufschlagen und einen stets gleichmäßig gebrannten Kalk zu erhalten. Der Kalkofen kann kontinuierlich mit dem Gas aus Abfallpyrolyseanlagen betrieben werden, sofern die durch verminderte Umwälzgastemperatur angezeigte fehlende Energiemenge durch Zufuhr eines Wärreträgers konstanten Energieinhaltes wie z.B. Generatorgas, Erdgas oder Öl kompensiert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Beitrag dar zum allgemeinen Bemühen hochwertige Energie, vor allem zu importierende Energie, einzusparen und durch in Abfallstoffen enthaltene Energie zu ersetzen. Durch Zugabe von zerkleinertem Sperrmüll, Altreifenschnitzeln oder Plastikabfällen kann der Heizwert vor z.P. Hausmüll aufgobessre und Schwankungen in der Energielieferung z.T. ausgeglichen werden.
Die vorliegende Erfindung überwindet weiterhin das Vorurteil, demzufolge Gase aus der Verbrennung oder Pyrolyse von Hausmüll u.ä. wegen der großen Schwankungsbreite des Heizwertes klassischen Brennstoffen gegenüber nicht als gleichwertig zu be-trachten wären. Ferner zeigt die Erfindung, daß aus diesen Abfallstoffen hergstellte Gase hinsichtlich Schadstoffemission bzw.
-mrnission in herkömmlichen Fabrikanlagen beherrscht werden können.
Beispiel: Anhand des nachfolgenden Beispieles wird das Verfahren näher erläutert. Die Abbildung 1 zeigt einen Schnitt durch einen Kalkschachtofen mit Umwälzgassystem. Dieser Schachtofen hat in zwei Ebenen übereinander je fünf Brennkarnrnern am Umfang gleichmäßig verteilt, wobei die oberen zu den unteren jeweils versetzt angeordnet sind.
Äußerer Ofenmantel (10) und Innenzylinder (12) bilden zusammen einen Ringraum (14), in dem die Wärmeübertragung von den heißen Rauchgasen aus den Brennkammern (16) und (16') an das Schüttgut erfolgt. Die Strömungsrichtung der Gase ist durch Pfeile angedeutet. Die aus der unteren Brennkammer nach unten strömenden Rauchgase bilden zusammen mit einem Teil der von unten aufsteigenden Kalkkühlluft das Umwälzgas, das bei (18) in den Innenzylinder (12) eintritt und über den Umwä.lzgaskanal (20) der unteren Brennkammer (16) wieder zugeführt wird.
Die beiden das Urrw.älzgas bildenden Gasströme werden während des Ofenbetriebes in ihrer Menge weitgehend konstant gehalten. Die Temperatur des Umwälzgases wird dann bestimmt von der Temperatat, njit der das aus del u.Leren Brannkdmmer nach unten strömende Rauchgas bei (18) in den Innenzylinder eintritt. Temperaturbestimmend ist aber der Entsäuerungsgrad, mit dem das Schüttgut den unteren Brennkammerbereich verläßt und die Gleichstromzone mit abwärts gerichtetem Rauchgas erreicht. Bei vollkommen entsäuertem Kalkstein ist die endotherme Reaktion abgeschlossen, das Kalziumoxid ist nicht mahr in der Laga, den Rauchgasen weiterhin Wärme zu entziehen. Zunehmender Gehalt an Restkarbonat dagegen bewirkt ein Absinken der Umwälztemperatur und ist um so mahr zu erwarten, je niedriger das Wärmeangebot aus den beiden Brennkammern eingestellt ist.
Das Verfahren sieht nun folgendes vor: Die beiden Brennstoffe mit unterschiedlichem bzw. konstantem heizwert werden den Brennkammern in getrennten Leitungen aufgegeben. Beispielsweise wird das Brenngas aus der Müllpyrolyse in die oberen Brennkammern (16'), der Brennstoff mit konstantem Heizwert dagegen in die unteren Brennkammern (16) eingeführt.
Schwankungen von Menge und Heizwert des Pyrolysegases wirken sich nach den oben beschriebenen Zusammenhängen auf die Temperatur aus mit der das Umwälzgas bei (18) in den Innenzylinder (12) eintritt.
Ein an dieser Stelle angebrachter Temperaturfühler (22) vermittelt den gemessenen Wert an ein Regelgerät (24), das ihn mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und im Falle einer Abweichung einen entsprechenden Impuls an das Stellventil (26) in der Brennstoffleitung mit konstantem Heizwert weitergibt. Auf diese Weise werden Temperaturschwankungen im Pyrolysegas ausgeglichen und der Ofen erhält zu jedem Zeitpunkt die Brennstoffenergie, die der Kalkstein jeweils zur Entsäuerung benötigt.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Brennstoffmenge dem jeweiligen Bedarf infolge unterschiedlichen Reinheitsgrades der Kalksteine durch diese Regelvorrichtung automatisch angepaßt wird.
Weitere Möglichkeiten sind: a) an der Austrittsstelle des Umwälzgases (28) über einen Gasentnahmestutzen ein Gasanalysengerät (30) anzuschließen, das laufend die chemische Zusammensetzung des Umwälzgases bestimmt und je nach vorgegebenem Sollwert auf das Stellventil (26) einwirkt; b) mit einem an der oberen Brennkammer (16') installierten Kalorimeter (32) laufend den Heizwert und über Druck, Temperatur und Gasgeschwindigkeit den Energieinhalt des Pyrolysegases (34) zu bestimmen und auf das Stellventil (26) weiterzuleiten.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Brennen von Kalk in einem Schachtofen nit Umwälzgassystem, in dem neben der aus der Pyrolyse von Abfallstoffen (Müll) entstehenden Wärmeenergie unterschiedlichen Wärmeinhaltes Brennstoffe mit konstantem Heizwert eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoft mit konstantem Heizwert dosiert, in Abhängigkeit vom Heizwert des dor Müllpyrolyse entstammenden Gases zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Brennerebene ausschließlich Gas aus der Nüllpyrolyse und in der unteren Brennerebene ausschließlich Brennstoff mit konstantem Heizwert eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Brennerebene ausschließlich Brennstoff mit konstantem Heizwert, in der unteren Brennerebene kombiniert Brennstoff mit konstantem Heizwert und Gas aus der Müllpyrolyse eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff überwiegend Gase aus der Müllpyrolyse verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch geknnzeichnet, daß dem Müll Altreifengummi zugesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekannzeichnet, daß die Dosierung des Brennstoffes mit konstantem Heizwert über eine im Umwälzgasber2ich des Schachtofens angeordnete Temperaturmessung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung des Brennstoffes mit konstantem Heizwert über eine Auswertung dar Gasanalyse des Umwälzgases erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung des Brennstoffes mit konstantem Heizwert durch Integration des Wärmeinhaltes, der Temperatur und/ oder weiterer Parameter gemäß Anspruch 6 und/oder 7 erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwärmemenge einem Brennstoff mit einem konstanten Heizwert von 6000 bis 10000 kcal/kg entnommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, einem der Ansprüche 6 oder 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalkbrennofen ein Ringschachtofen verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, einem der Anspruche 6 oder 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalkbrennofen ein Schrägschachtofen verwendet wird.