DE4425412A1

DE4425412A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Stoffen für die Verwertung oder Entsorgung

Info

Publication number: DE4425412A1
Application number: DE4425412A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Goedicke; Bernhard Stalder
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-01-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Medien mit einer oder mehreren stofflichen Komponenten.

Bei Stoffen, die auf Deponien gelagert werden müssen, ist häufig eine Vorbehandlung notwendig. Beispielsweise ist es bei der Entsorgung von Flugasche, die vorzugsweise in feuch tem Zustand transportiert und dann auf Deponien gelagert wird, erforderlich, daß sie einen bestimmten Feuchtigkeits grad aufweist, und zwar gleichmäßig auf alle Teilchen ver teilt. Dies kann durch Besprühen von Wasser geschehen. Ebenso ist es denkbar die Feuchtigkeit in einem Mischprozeß zu zu führen, wobei neben der Zugabe von Wasser in den Mischer auch die Zusetzung von Wasser enthaltenden, ebenfalls zu entsor genden Stoffen Anwendung findet. Solche Stoffe sind bei spielsweise Nebenprodukte aus Rauchgasentschwefelungsanlagen, die einen unterschiedlichen Wassergehalt aufweisen.

Eine derartige(s) Vorrichtung und Verfahren ist in der PCT/CH94/00005 beschrieben. Dort ist ein Verfahren zum Dosie ren und insbesondere zum Mischen mindestens eines körnigen oder pulverförmigen Feststoffes mit einer Flüssigkeit be schrieben. Es wird zunächst der körnige oder pulverförmige Feststoff mit einem kontinuierlich oder pulsierend herange führten Gas fluidisiert und danach wird dieses homogenisierte Gas-Stoffgemisch zeitkonstant dosiert und mit einer Flüssig keit zusammengeführt und vermischt. Alle in diesen Prozeß eintretenden Massenströme werden meßtechnisch erfaßt und entsprechend, je nach Zusammensetzung der beteiligten Stoffe, die Zufuhr der Feuchtigkeit geregelt.

Um deponiefähige Stoffe zu erhalten, ist es oftmals, insbe sondere bei Flugasche, erforderlich - je nach Zusammensetzung -, einen bestimmten Feuchtigkeitsgrad, der sich über alle Teil chen des Produktes bezieht, zu erhalten. Dies gilt besonders für Ausgangsstoffe und Zusätze mit unterschiedlichstem Was sergehalt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, wonach die Zusammensetzung und der damit verbundene und erforderliche Feuchtigkeitsgrad möglichst genau und schnell auch unterhalb der Oberfläche des aufzubereitenden Stoffes ermittelt und die zuzugebende Flüs sigkeitsmenge zugesetzt und geregelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Stoffen eine Flüssigkeit zugesetzt wird, wobei die Zusammen setzung der so aufbereiteten Stoffe direkt hinter dem Austrag der Aufbereitungsvorrichtung gemessen und die von der jewei ligen Zusammensetzung abhängige erforderliche zuzugebende Flüssigkeitsmenge geregelt wird.

Die Qualität von auf Deponien lagerfähigen Substanzen hängt unter anderem wesentlich von dem Feuchtigkeitsgehalt ab. Ins besondere weisen die Ausgangsprodukte, beispielsweise Neben produkte aus der Rauchgasentschwefelung oder auch Schlacken aus den Verbrennungsprozessen, unterschiedliche Feuchtig keitsanteile auf. Oftmals werden im Aufbereitungsprozeß zu sätzlich wasserhaltige Stoffe zur Mitentsorgung oder Verwer tung zugesetzt. Diese Stoffe können beispielsweise Nebenpro dukte aus Rauchgasentschwefelungsanlagen sein. Sie werden mit einer großen Schwankungsbreite des Wassergehaltes von 10% bis 80%, vorzugsweise 15% bis 50%, angeliefert. Um einen konstanten Feuchtigkeitsgrad zu erhalten, ist somit eine schnelle Erfassung und Regelung des Feuchtegehaltes notwen dig. Darüberhinaus sollte die Messung der Feuchtigkeit nicht nur an der Oberfläche des Produktes sondern möglichst tief unterhalb der Oberfläche oder integral über die gesamte Schichtdicke erfolgen, um eine optimale Homogenität zu erzie len.

Sofern es sich um körnige oder pulvrige Ausgangssubstanzen handelt, ist nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, vor der Zugabe von Flüssigkeiten, diese Stoffe vom Bodenbereich eines Wirbelbettes in Form eines dosierten, homogenisierten Gas/Feststoffgemisches abzuziehen.

Vorzugsweise kann die Flüssigkeit als Wasser und/oder wasser haltige Substanzen (beispielsweise REA-Suspensionen) zuge führt werden. Die Zusammensetzungen der möglichen Medien kön nen mit diskontinuierlichen Wertebereichen erfaßt werden, d. h. die Ausgangsstoffe sind nach verschiedenen (beispielsweise nach Stoffkomponenten, Feuchtigkeitsgrad etc.) Parametern mehrdimensinal klassifizierbar.

Als Feuchtigkeitszusätze können Wasser und/oder wasserhaltige Substanzen zugegeben werden. Insbesondere kann es sich bei den wasserhaltigen Substanzen ebenfalls um aufzubereitende Stoffe handeln.

Die Feuchtigkeitsmessung kann an sich nach bekannten Methoden erfolgen, wie mechanisch über die Festigkeit, kapazitiv, in duktiv, über die elektrische Leitfähigkeit, über radioaktive Strahlung, über kernphysikalische Methoden und/oder über elektromagnetische Strahlung, wobei jede mögliche Kombination der vorgenannten Meßmethoden denkbar ist.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform dient zur direkten Erfassung der Feuchtigkeit ein Infrarotspektrome ter. Bei einem solchen Verfahren (gemäß DE 43 03 178 A1) wer den einem Stoff von einer Quelle Strahlen zugeführt und vom Stoff an einen Empfänger weitergeleitet. In einem daran angeschlossenen Interferometer werden aus zwei Lichtstrahlen abgeleitet, die Interferenzen bilden, aus denen die gesuchten Parameter, wie Feuchtigkeitsgrad, durch Vergleiche mit vorgegebenen Werten gewonnen. Die mit diesem Verfahren ver bundenen Vorteile liegen insbesondere in der kontinuierli chen, berührungsfreien und schnellen Erfassung und Regelung bestimmter Parameter, wie beispielsweise der Feuchtigkeits grad.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Schema der Vorrichtung und des Verfahrens,

Fig. 2 eine Vorrichtung mit Infrarotspektrometer und

Fig. 3 eine Darstellung des Infrarotspektrometers.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellungsweise das erfin dungsgemäße Prinzip zu erkennen. Aus einem Vorratsbehälter 1 wird der Feststoff in Form von Partikeln in eine Wirbelbett apparatur 3 eingespeist. Zur Einspeisung kann beispielsweise eine Dosierschnecke oder ein Kettentransporteur 2 vorgesehen sein. Durch den Boden 7 der Wirbelbettapparatur 3 strömt Fluidisierungsgas von unten nach oben und wirbelt die einge speisten Feststoffpartikel unter Bildung einer Wirbelschicht 4 auf. Die Gas/Feststoff-Mischung der Wirbelschicht 4 verhält sich nahezu wie eine Flüssigkeit. Über mindestens eine Aus laßöffnung 8 im Boden 7 der Wirbelbettapparatur 3 kann der in der Wirbelschicht 4 homogen vorliegende Gas/Feststoffstrom in die Auslaufleitung 9 ausfließen und beispielsweise in den Konditionierer 10 eingebracht werden. Zur Messung des austre tenden Gas/Feststoffstromes kann möglichst nahe des Bodens 7 eine Druckmeßstelle 5 angeordnet sein, über die gemeinsam mit der in der Wirbelbettapparatur 3 angeordneten Druckmeß stelle 5′ sowohl das treibende Druckgefälle zwischen der Wirbelschicht 4 in Bodennähe und dem Konditionierer 10 nahe der Einspeisung 9 bestimmt wird. Die Druckmeßstelle 6 kann entfallen, wobei die Druckdifferenz gegen den Außendruck bestimmt wird. Mit diesem Differenzdruckverfahren wird eine dosiergenaue Zuteilung eines Feststoffes zu einer Flüssigkeit erreicht. Die Erfassung der Dichte der Gas/Feststoff-Suspen sion erfolgt über die Druckmeßstellen 5′ und 5. Die Regelung des Gas/Feststoffstromes erfolgt über eine nicht dargestellte Recheneinrichtung, wobei unter anderem als Randbedingungen die Sollwerte für die Dosierung der Dosierschnecke oder des Kettentransporteurs 2 und die Solldrücke der Druckmeßstellen 5′, 5 und 6 dienen.

Um die aufzubereitenden Stoffe deponielagerfähig zu machen, ist eine Befeuchtung notwendig. Diese hierfür zuzumischenden Flüssigkeiten können der Vorrichtung an verschiedenen Stellen zugeführt werden. Beispielsweise kann Wasser direkt über die Leitung 12 in den Konditionierer 10 eingespeist werden. Ebenso ist es denkbar kurz hinter dem Austrag das noch trockene Material mittels Sprühdüsen zu befeuchten. Außerdem kann hinter dem Konditionierer 10 ein Mischer 13 angeordnet sein, in dem das Material lagerfähig gemischt wird. Ebenso ist es möglich, direkt hinter die Wirbelbettapparatur nur einen Mischer anzuordnen. Die Erfassung der erforderlichen Drücke erfolgt dann entsprechend. Welches Verfahren man für die Zugabe von Feuchtigkeit wählt, ist von dem zu entsorgen den Material abhängig. Eine weitere rationelle Aufbereitung kann dadurch erzielt werden, daß man dem Prozeß an geeigne ter Stelle 14 dem trockenen Material zu entsorgendes, Wasser enthaltendes Material hinzufügt, beispielsweise Nebenprodukte aus Rauchgasentschwefelungsanlagen, die in Suspensionen mit unterschiedlichstem Wassergehalt - sei es in Form von gebun denem oder freiem Wasser - vorliegen. Der übliche Wasserge halt der REA-Gipse liegt zwischen 10% und 80%, vorzugsweise zwischen 15% und 50%.

Damit ein bestimmter für den Transport und für die Deponie optimaler Feuchtigkeitsgrad des zu lagernden Materials er zielt wird, ist es notwendig, möglichst schnell und genau den Feuchtigkeitsgrad zu ermitteln und gegebenenfalls durch Was serzugabe mit möglichst geringer Totzeit einzustellen. Dies kann bevorzugt durch an sich bekannte Meßverfahren des Feuchtigkeitsgrades erfolgen, wie z. B. mechanisch über die Festigkeit, kapazitiv, induktiv, über die elektrische Leitfä higkeit, über radioaktive Strahlung, über kernphysikalische Methoden und/oder über elektromagnetische Strahlung. In Fig. 1 ist ein entsprechender Meßfühler für die Feuchtigkeit mit dem Bezugszeichen 15 dargestellt. Die gemessene Größe wird in eine digitale Größe umgewandelt und in einen Rechner 16 für einen Soll-Ist-Vergleich eingegeben. Der Rechner 16 er zeugt dann die erforderlichen Steuersignale für das in der Wasserleitung 12 oder 14 angeordnete Dosierventil 17 oder 17′.

Vorzugsweise erfolgt die Regelung der Dosierung des Gas/ Feststoffgemisches einerseits und die Regelung der Was serzufuhr andererseits unabhängig voneinander. Denkbar ist aber auch eine andere Ausführungsform, daß beide Regelungen miteinander gekoppelt sind.

Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung und Regelung des Feuchteanteils ist in Fig. 2 dargestellt. Die Bezugszeichen der Fig. 2 entsprechen den Bezugszeichen der Fig. 1. Als Meßgerät für den Feuchtigkeitsgrad dient ein Infrarotsensor 19, dem eine Auswerteeinheit für die optischen Signale angeschlossen ist. Die Messung erfolgt beispielsweise an dem auf einem Förderband 18 bewegten, zu untersuchenden Material 21. Die dort erzeugten Signale gelangen zur Weiter verarbeitung in die Recheneinheit 16.

Das an sich bekannte Infrarotspektrometer ist in Fig. 3 ge zeigt und entspricht dem Gegenstand der deutschen Offenle gungsschrift DE 43 03 178 A1, in der die Einzelheiten be schrieben sind. Die Vorrichtung dient zum berührungsfreien Erfassen oder Ermitteln von Parametern eines Stoffes 21, ins besondere zur Erfassung seines Wasseranteils. Hier ist die Oberfläche 22 des Stoffes 21 gezeigt. Der Empfänger im Sensor 23 ist über die Leitung 24, die beispielsweise als Lichtlei ter ausgebildet ist, an eine Einheit 25 zum Auswerten der Si gnale angeschlossen. Über dem Stoff 21 ist eine Lichtquelle 26 oder eine Quelle für Strahlen mit einem Reflektor 27 ange ordnet. Mit 28′ ist ein Strahlengang bezeichnet, wie er bei spielsweise zwischen der Lichtquelle 26 und dem Empfänger 23 auftritt. Die Lichtquelle 26 sendet vorzugsweise Licht oder Strahlen im Bereich des sogenannten "Nahen Infrarot" aus. Dieser Bereich enthält Wellenlängen, die zwischen 800 nm und 2500 nm liegen. In die Einheit 25, die zum Auswerten der Si gnale dient, mündet die Leitung 24 und bildet zusammen mit einem nachgeschalteten Kollimatorsystem 28 den Eingang eines Interferometers 29. Das Interferometer 29 hat einen Ausgang 30 für Lichtstrahlen, für die nachfolgend ein Linsen- und Um lenksystem 31, 32 vorgesehen ist. Die Strahlen gelangen in einen Detektor 33. Dieser ist über elektrische Leitung 34 mit einem Verstärker 35 und einem Analog/Digital Wandler 36 ver bunden. Eine Leitung oder ein Bus 37 verbindet diesen mit der Recheneinheit 16 zur Auswertung der Messignale.

Bezugszeichenliste

1 Vorratsbehälter
2 Kettentransporteur
3 Wirbelbettapparatur
4 Wirbelschicht
5′ Druckmeßstelle
5 Druckmeßstelle
6 Druckmeßstelle
7 Boden
8 Auslaßöffnung
9 Auslaufleitung
10 Konditionierer
11 Sollwert für Feststoff
12 Sollwert für Differenzdruck
13 Mischer
14 Zugabe von wasserhaltigem Material (REA-Gips)
15 Feuchtigkeitsmesser
16 Recheneinheit
17 Dosierventil für Wasser
17′ Dosierventil
18 Förderband
19 Sensor
20 Signalauswerteeinheit
21 Stoff
22 Oberfläche
23 Sensor
24 Leitung
25 Einheit
26 Lichtquelle
27 Reflektor
28 Kollimatorsystem
28′ Strahlengang
29 Interferometer
30 Ausgang
31 Linsensystem
32 Umlenksystem
33 Detektor
34 Leitung
35 Verstärker
36 A/D Wandler
37 Leitung.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Medien mit einer oder meh reren stofflichen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß den Stoffen eine Flüssigkeit zugesetzt wird, wobei die Zusam mensetzung der so aufbereiteten Stoffe direkt hinter dem Aus trag der Aufbereitungsvorrichtung gemessen und die von der jeweiligen Zusammensetzung abhängige erforderliche zuzuge bende Flüssigkeitsmenge geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der folgenden Merkmale vorgesehen ist:

- es handelt sich bei den Medien und/oder bei den stofflichen Komponenten um körnige oder pulvrige Feststoffe oder um Suspensionen derselben in einer Flüssigkeit,
- es handelt sich bei den Medien und/oder bei den stofflichen Komponenten um Stoffe, deren Zusammensetzung über diskontinu ierliche Wertebereiche erfaßt wird,
- die erforderliche zuzugebende Flüssigkeitsmenge ist unab hängig von der Zusammensetzung der Medien und/oder der stofflichen Komponenten,
- es handelt sich bei den Medien und/oder den stofflichen Komponenten um Stoffe, die vor der Zugabe von Flüssigkeiten vom Bodenbereich eines Wirbelbettes als ein dosiertes, homo genisiertes Gas/Feststoffgemisch abgezogen werden,
- es handelt sich bei den Medien und/oder den stofflichen Komponenten um Reststoffe aus Verbrennungseinrichtungen und deren nachgeschalteten Rauchgasreinigungsprozessen, welche durch den Prozeß für die Verwertung oder Entsorgung aufbe reitet werden.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß, als Flüssigkeitszusätze Wasser und/oder wasserhaltige Substanzen zugegeben werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß es bei den wasserhaltigen Sub stanzen ebenfalls um Reststoffe aus dem Kraftwerksbetrieb handelt, welche durch den Prozeß für die Verwertung oder Entsorgung aufbereitet werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Regelung der Feuch tigkeit erforderliche Messung der Zusammensetzung und/oder Konsistenz der Medien und/oder der stofflichen Komponenten mechanisch über die Konsistenz, kapazitiv, induktiv, über die elektrische Leitfähigkeit, über radioaktive Strahlung, über kernphysikalische Methoden über elektromagnetische Strahlung und/oder über beliebige Kombinationen dieser Meßmethoden er folgt.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Zusammenset zung und/oder Konsistenz der Medien und/oder der stofflichen Komponenten elektromagnetische Strahlen, vorzugsweise Strah len im "Nahen Infrarot", von außen dem zu messenden Stoff zugeführt werden, wobei die reflektierten Strahlen empfangen und anschließend mittels eines Interferometers und einer Auswerteeinrichtung die Zusammensetzung bestimmt und gegebe nenfalls die erforderliche zuzugebende Feuchtigkeitsmenge ge regelt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Regelkreis zur Regelung des Feuchtigkeitsgehaltes die Dosierung über das Wirbelbett einbezogen ist.

8. Vorrichtung nach dem Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Vorratsbehälter (1), eine Wirbelbettapparatur (3) mit Dosier einrichtung (1, 2, 5′, 5, 6), Mittel zur Zuführung von Wasser und/oder wasserhaltigen Stoffen und mindestens eine Meßvor richtung (15) zur Messung der Zusammensetzung der Medien und/oder der stofflichen Komponenten mit einer sich daran an schließenden Regelung der Feuchtigkeitsmenge aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der folgenden Merkmale vorgesehen ist:

- hinter der Wirbelbettapparatur (3) mit der Dosiereinrich tung (1, 2, 5′, 5, 6) ist ein Konditionierer (10) zur Ver größerung der Kontaktoberfläche der Stoffkomponenten ange ordnet,
- hinter der Wirbelbettapparatur (3) mit der Dosiereinrich tung (1, 2, 5′, 5, 6) und vor der Messung (15) der Stoffzu sammensetzung ist ein Mischer (13) angeordnet,
- hinter der Wirbelbettapparatur (3) mit der Dosiereinrich tung (1, 2, 5′, 5, 6) und vor der Messung (15) der Stoffzu sammensetzung ist ein Mischer (13) angeordnet, wobei dem Mi scher (13) ein Konditionierer (10) zur Vergrößerung der Kon taktoberfläche der Stoffkomponenten vorgeschaltet ist,
- ein zur Messung der Zusammensetzung der Medien und/oder der stofflichen Komponenten ist ein im "Nahen Infrarot" arbeiten des Interferometer (29) vorgesehen.