DE69411835T2

DE69411835T2 - Verfahren zum Betrieb eines Plasmaschmelzofens

Info

Publication number: DE69411835T2
Application number: DE69411835T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kobe Corp.Research Laboratories In 1-Chome Nishi-Ku Kobe-Shi Hyogo 651-22 Higashi; Tomio Kobe Corp. Research Laboratories In 1-Chome Nishi-Ku Kobe-Shi Hyogo 651-22 Suzuki; Motoo C. Tech. Res. Lab. In Kansaik. K. Amagasaki-Shi Hyogo 661 Yamada; Motoo Corp. Techn. Research Laboratories Amagasaki-Shi Hyogo Yamada
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kansai Denryoku KK
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2014-03-09
Also published as: EP0645584B1; WO1994020791A1; EP0645584A1; CA2205529A1; EP0757972A2; ATE168762T1; CA2205529C; CA2135204C; EP0757972B1; CA2135204A1; ATE201863T1; DE69427412T2; DE69427412D1; EP0645584A4; DK0645584T3; EP0757972A3; DE69411835D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Plasmaofens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei einem derartigen Plasmaofen werden Abfallstoffe, wie beispielsweise Siedlungsmüll, zerkleinerter und verdichteter Schrott, Schlamm oder die Veraschungsrückstände dieser Abfallarten, durch einen von einem Plasmabrenner erzeugten Plasmabogen geschmolzen und in Schlacke umgewandelt.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung die Technik des wirkungsvollen Schmelzens der Schlacke, die Technik des Ermöglichen des Ausbringens derselben aus dem Ofen bei einer konstanten Rate und die Technik, mit der das Abgas so rein wie möglich gehalten wird.
In jüngster Zeit wurden der Umweltschutz und das Wiederverwerten von Rohstoffen Gegenstand des öffentlichen Interesses. Insbesondere weisen der Siedlungsmüll und die Industrieabfälle eine jährlich steigende Menge in einem derartigen Ausmaß auf, daß es innerhalb und außerhalb von großen Städten schwierig geworden ist, neue Standorte zu finden, die mit diesen Abfallarten im Rohzustand aufgefüllt werden können. Daher ist es üblich geworden, diese Abfallarten zu veraschen und deren Volumen zu verringern, bevor sie zu einem damit aufzufüllenden Standort gebracht werden.
Jedoch gibt es viele Fälle, in denen Siedlungsmüll und Industrieabfälle Metalle und verschiedene Arten von Schadstoffen enthalten, die nach der Veraschung in der Asche und in den unverbrennbaren Anteilen (die nachstehend "Veraschungsrückstände" genannt werden) verbleiben. Das Grundwasser wird verunreinigt, wenn ein Standort mit derartigen Veraschungsrückständen aufgefüllt wird. Eine andere Schwierigkeit ist, daß ein damit aufzufüllender offener Schacht ein großes Aufnahmevermögen haben muß, da ein Veraschungsrückstand ein geringes spezifisches Gewicht hat. Darüber hinaus rührt ein weicher Boden von Veraschungsrückständen her, mit denen ein Standort aufzufüllen ist, und dieser weiche Boden hat kaum einen Nutzwert.
Ein früher vorgeschlagener Aufbau zum Beseitigen dieser verschiedenen Schwierigkeiten ist durch ein Schmelzen der Veraschungsrückstände durch einen Plasmabogen und einem danach erfolgenden Abkühlen derselben zur Verfestigung gekennzeichnet. Schwermetalle, wie beispielsweise Chrom, werden in der verfestigten Schlacke eingeschlossen und vor einem Durchdringen durch diese hindurch nach außen bewahrt. Daher wird das Grundwasser nicht verunreinigt, wenn ein Standort mit einer derartigen Schlacke aufgefüllt wird. Es erweist sich nicht nur als ein Beitrag für eine Wiederverwertung von Rohstoffen, wenn diese Schlacke als ein mit Beton zu vermischendes Aggregat oder als ein Material für ein Straßenbett verwendet wird, sondern entlastet auch die Fachleute in ihrer Sorge, einen neuen mit dieser Schlacke aufzufüllenden Standort zu finden.
Beispielsweise beschreibt die Druckschrift JP-A-3-55 411 einen Plasmaofen zum Schmelzen der Veraschungsrückstände durch einen Plasmabogen. Dieser Plasmaofen umfaßt einen Ofenkörper mit einer Kammer zum Ermöglichen eines Verbleibens der geschmolzenen Schlacke. Die Kammer ist mit einem Veraschungsrückständeeinlaß und einem Schlackeauslaß versehen. Dieser Plasmaofen umfaßt des weiteren einen Plasmabrenner zum Erzeugen eines Plasmabogens. Im Betrieb werden die Veraschungsrückstände durch den Veraschungsrückständeeinlaß zugeführt und durch den Plasmabogen geschmolzen. Der geschmolzenen Schlacke wird ein Verbleiben in der Kammer des Ofenkörpers mit der Ausnahme ermöglicht, daß einem Abschnitt der geschmolzenen Schlacke ermöglicht wird, die Kammer durch den Schlackeauslaß kontinuierlich zu verlassen, um abgekühlt und verfestigt zu werden. Im Falle eines gewöhnlichen Ofens, der für eine Verwendung beim Schmelzen von Metallen gestaltet ist, ist es meistens üblich, einen Plasmabrenner in der Mitte des zylindrischen Ofens anzuordnen. Im Falle des in der Druckschrift GB-B-1 390 351/3 beschriebenen Plasmaofens wird der Plasmabrenner um seinen Drehpunkt geschwenkt, der in der Mitte des Ofens angeordnet ist. Im Falle des Plasmaofens, der in dem von dem "Tohoku University Dressing and Smelting Laboratory" veröffentlichten "Research Paper" Band 41, Nr. 2 von 1985 auf den Seiten 170 und 171 beschrieben ist, bleibt der Plasmabrenner geneigt, während er die Mitte des Ofens so umkreist, daß ein großer Bereich innerhalb des Ofens, der zur Verwendung bei der direkten Reduktion von Chromerzen gestaltet ist, gleichmäßig erwärmt werden kann.
Die in einem Plasmaofen der vorstehend aufgezeigten Art zu schmelzenden Veraschungsrückstände haben meist eine Korngröße von einigen Mikrometern. Eine Dispersion von pulverigen Veraschungsrückständen in die Umgebungsluft neigt dazu, dann aufzutreten, wenn derartige Veraschungsrückstände zu dem Ofen zugeführt werden oder im Begriff sind, in dem Ofen geschmolzen werden. Um jegliche derartige Dispersion zu begrenzen, ist es meistens üblich, die Veraschungsrückstände unter den Einfluß eines Unterdruckes, der durch einen Lüfter zur Erzeugung eines Luftzuges bewirkt wird, in die Richtung der Strömung der Veraschungsrückstände durch den Ofen zu setzen.
Von einem Plasmaofen abgegebenes Abgas hat eine Temperatur von ungefähr 1300ºC. Daher ist ein Abgasschacht, durch den dieses Abgas tritt, mit einem feuerfesten Material ausgelegt. Nachdem das Abgas durch diesen Abgasschacht getreten ist, wird es in einer Kühleinrichtung, wie beispielsweise in einer Wassersprühkühlkammer, abgeschreckt, um ihm ein Durchtreten durch einen Staubfänger zu ermöglichen, und es wird in die Umgebungsluft abgegeben. Es gibt einige Fälle, bei denen ein Wärmetauscher mit dem Abgasschacht für eine Rückgewinnung der Abwärme verbunden ist.
Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen Schnittansichten zur Unterstützung der Erläuterung des Konstruktionsaufbaus von Plasmabrennern, die im allgemeinen bei Plasmaöfen der vorstehend erwähnten Art verwendet werden. Jeder dieser Plasmabrenner weist eine Anode 651, eine Kathode 652, einen Wassermantel 653 und ein Plasmagaseinlaß 655 auf. Diese Plasmabrenner sind jeweils für zwei Betriebsmodi vorgesehen, wobei der Unterschied zwischen ihnen von dem Unterschied des Anordnens der Kathode hergeleitet wird. Einer dieser beiden Betriebsmodi, nämlich der Nichtübertragungsmodus, ist in Fig. 4(a) gezeigt, wobei ein Plasmabogen 654 zwischen der in dem Plasmabrenner angeordneten Anode 651 und der an dem unteren Ende des Plasmabrenners angeordneten Kathode 652 erzeugt wird. Der andere dieser beiden Betriebsmodi, nämlich der Übertragungsmodus, ist in Fig. 4(b) gezeigt, wobei der Plasmabogen 654 zwischen der in dem Plasmabrenner angeordneten Anode 651 und der an einem Ofenkörper angeordneten Kathode 652 erzeugt wird. Ein (nicht gezeigtes) Plasmagaslieferrohr ist mit dem Plasmagaseinlaß 655 verbunden.
Im Fall des erstgenannten Betriebsmodus wird der Plasmabogen zwischen zwei Abschnitten des Plasmabrenners erzeugt. Im Fall des letztgenannten Betriebsmodus sind die Abschnitte, zwischen denen der Plasmabogen erzeugt wird, jeweils an dem Ofenkörper beziehungsweise an dem Plasmabrenner angeordnet. Das Plasma ist ein ionisiertes Gas mit einem Temperaturbereich von 3000 bis 10000 K. Diese Temperatur ist hoch genug, um eine Beschädigung des Plasmabrenners zu bewirken. Die schwerwiegendste Beschädigung wird an den vorstehend erwähnten beiden Abschnitten erzeugt, während die zweitschwerwiegendste Beschädigung an einem Abschnitt des Plasmabrenners erzeugt wird, der in der Mitte zwischen diesen beiden Abschnitten angeordnet ist. Daher rührt das Vorsehen des Wassermantels 653 aus der Priorität her, die der Anode 651 und ihrer Umgebung beim Vorsehen einer Einrichtung zum Verhindern einer durch eine starke Hitze bewirkten Beschädigung des Plasmabrenners verliehen wird.
Ein Plasmabogen mit einer Temperatur von bis zu 10000 K erleichtert die Zersetzung von Schadstoffen, wie beispielsweise von Dioxin. Eine Abgasreinigungsanlage mit einer geringen Größe erfüllt den Bedarf eines Plasmaofens, da die von dem Plasmaofen abgegebene Menge an Abgas geringer als ein Drittel der von einem Verbrennungsofen abgegebenen Abgasmenge ist.
Jedoch hat jeder der Plasmaöfen nach dem Stand der Technik den Nachteil, daß, wenn er zum Schmelzen des Abfalls verwendet wird, der Schlackeauslaß zu einer Verstopfung neigt, daß ein Teil des Abfalls durch den Schlackeauslaß in einem ungeschmolzenen Zustand abgegeben wird und daß ein von dem Plasmaofen nach dem Stand der Technik abgegebenes Abgas Stickoxide (NOx) und Schwermetalle enthält. Diese Nachteile werfen die nachstehenden Probleme auf:
Da ein Plasmabogen eine hohe Temperatur hat, wird eine große Menge an NOx erzeugt. Insbesondere wenn Luft als Plasmagas verwendet wird, bemißt die Konzentration an NOx einige tausend ppm.
Um die Menge an NOx zu senken, schlägt die Druckschrift JP-A-2-122 109, die ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Plasmaofens aufzeigt, ein Hinzufügen von kohlenstoffhaltigen Stoffen, wie beispielsweise Koks, Kohle, Holzkohle, brennbarem Müll und Schlamm, zu den Veraschungsrückständen und danach ein Schmelzen einer Mischung der kohlenstoffhaltigen Stoffe und der Veraschungsrückstände bei einer hohen Temperatur und in einer reduktiven Umgebung in einem Plasmaofen vor.
Es ist erforderlich, die Ofenumgebung gleichbleibend reduktiv zu halten, um durch das vorstehend erwähnte Verfahren die Menge an NOx zu senken. Eine große Menge an kohlenstoffhaltigen Stoffen ist erforderlich, um die Ofenumgebung gleichbleibend reduktiv zu halten. Koks, Kohle und Holzkohle sind amorphe Feststoffe, von denen einige erhitzt, geschmolzen und vergast werden, wenn sie mit der geschmolzenen Schlacke in Kontakt gelangen, während andere vergast werden, sobald sie in den Ofen fallen. Ein derartiger Unterschied in der Vergasungsrate erschwert ein Stabilisieren der Menge an Reduktionsgas, die pro Zeiteinheit zu erzeugen ist. Genau dies ist der Grund, weshalb eine große Menge an kohlenstoffhaltigen Stoffen erforderlich ist, um die Ofenumgebung gleichbleibend reduktiv zu halten.
Das Vorsehen einer Einrichtung zum Zuführen der amorphen Feststoffe zu dem Ofen wird zu hohen Installationskosten und außerdem wird es schwierig sein, das Zuführen von amorphen Feststoffen einer quantitativen Einstellung zu unterwerfen. Darüber hinaus ist es wegen des zwischen dem Ofenkörper und dem beweglichen Plasmabrenner vorhandenen Spaltes schwierig, den Ofen in einen abgedichteten Zustand zu bringen. Ein Reduktionsgas, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO) wird durch diesen Spalt austreten und das Personal gefährden.
Kurz gesagt gibt es im Stand der Technik keine Lehre, daß die vorstehend erwähnten Probleme in irgendeiner Art und Weise gelöst werden können. Genau dies ist der Grund, weshalb es gegenwärtig keinen wirkungsvollen handelsüblichen Plasmaofen gibt, der Abfall in Schlacke umwandeln kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Plasmaofens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart weiterzuentwickeln, daß die Menge an NOx verringert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff gegen das Abgas in dem Ofenkörper vorgesehen. Vorzugsweise wird das Einspritzen von Brennstoff entweder in einem Abgasauslaß oder in einem Auslaß, der zum Abgeben sowohl der Schlacke als auch des Abgases bestimmt ist, ausgeführt. In der Position, in der ein Einspritzen von Brennstoff ausgeführt wird, wird das Abgas vorzugsweise bei einer Temperatur von über 500ºC gehalten. Vorzugsweise wird die Brennstoffmenge im Ansprechen auf die Veränderung der Menge an Plasmagas verändert. Ein gasförmiger Brennstoff, wie beispielsweise Stadtgas oder Butan, ist der am besten geeignete Brennstoff. Ein hochgradig brennbarer flüssiger Brennstoff, wie beispielsweise Kerosin oder Heizöl A, ist dabei genau so gut geeignet. Eine geringe Menge an Brennstaub kann mit diesem vermischt werden, wenn diese Mischung dann noch eingespritzt werden kann.
Die Erfindung beabsichtigt ebenfalls das Vorsehen einer Einrichtung zum Einspritzen von Verbrennungsluft an der stromabwärtigen Seite der vorstehend beschriebenen Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff. In der Position, bei der die Verbrennungsluft eingespritzt wird, wird das Abgas vorzugsweise bei einer Temperatur von über 800ºC gehalten.
Das Abgas, das eine große Menge an NOx enthält, wird entweder durch den Abgasauslaß oder durch den Auslaß, der zum Abgeben sowohl der Schlacke als auch des Abgases bestimmt ist, abgegeben. Wenn CO enthaltendes Stadtgas in diesen Auslaß eingespritzt wird, verbrennen Reduktionsgase, das heißt CO und H&sub2;, in dem Auslaß und NOx wird reduziert. Der Brennstoff wird gezündet und in Reduktionsgase umgewandelt, wenn das Abgas bei einer Temperatur von über 500ºC in der Position gehalten wird, in der das Einspritzen des Brennstoffes ausgeführt wird.
An der stromabwärtigen Seite des Abschnittes, an dem NOX reduziert wird, wird die Verbrennungsluft zu dem Abgas eingespritzt, um so die Reduktionsgase, wie beispielsweise CO und H&sub2;, einer vollständigen Verbrennung zu unterwerfen und ein Abgeben derselben in die Umgebungsluft zu verhindern. Die Konzentration an CO in dem in die Umgebungsluft abgegebenem Abgas wird unterhalb 100 ppm gehalten, wenn das Abgas bei einer Temperatur von über 800ºC in dem Bereich gehalten wird, in dem die Verbrennungsluft eingespritzt wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Unterstützung einer Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben des Plasmaofens im Hinblick auf das Senken der Menge an NOX.
Fig. 2(a) zeigt die Beziehung zwischen der Menge an zu dem Abgas eingespritztem Brennstoff und der sich daraus ergebenden Konzentration an CO.
Fig. 2(b) zeigt die Beziehung zwischen der Menge an zu dem Abgas eingespritztem Brennstoff und der Rate der Abnahme von NOX.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Unterstützung einer Erläuterung eines anderen Verfahrens zum Betreiben des Plasmaofens im Hinblick auf das Senken der Menge an NOX.
Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen Schnittansichten der Hauptteile von zwei Arten von jeweils herkömmlichen Plasmabrennern.
Die nachstehende Beschreibung erläutert bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Nachstehend wird auf Fig. 1 bezug genommen, in der Abgas 413, das gerade von dem Ofenkörper 1 abgegeben wurde, in ein gereinigtes Abgas 414 während und nach dem Durchtreten durch einen Abgasauslaß 416 umgewandelt wird. Das gereinigte Abgas 414 wird nach dem Durchtreten durch den Abgasschacht 11 und durch einen (nicht gezeigten) Staubfänger in die Umgebungsluft abgegeben. Ein Brennstoffeinlaß 408 ist an dem Eingang zu dem Abgasauslaß 416 vorgesehen. Eine durch den Brennstoff bei diesem Ausführungsbeispiel zu erfüllende Anforderung ist, daß der Brennstoff eingespritzt werden kann. Somit können ein gasförmiger Brennstoff (wie beispielsweise Stadtgas oder Butan) oder ein flüssiger Brennstoff (wie beispielsweise Kerosin oder Heizöl A) als ein Brennstoff 405 zum Senken der Menge an NOx verwendet werden. Der Brennstoff 405 wird gegen das Abgas 413 durch den Brennstoffeinlaß 408 eingespritzt, mit dem Abgas 413 gleichmäßig vermischt und einer Verbrennung unterworfen. Ein Hauptteil des Abgases 413 wird in Reduktionsgas umgewandelt, wodurch NOx reduziert wird. Im Hinblick auf die Tatsache, daß das Reduktionsgas möglicherweise noch in dem durch den Abgasauslaß 416 hindurchtretenden Abgas 413 verbleibt, ist eine Luftdüse 410 mit einer Öffnung in dem Abgasschacht 11 so vorgesehen, daß ein von der Luftdüse 410 ausgegebener Strahl von Verbrennungsluft gegen das Abgas 413 gerichtet werden kann, das durch den Abgasschacht 11 hindurchtritt, und das in dem Abgas 413 verbleibende Reduktionsgas kann einer vollständigen Verbrennung unterworfen werden. Das gereinigte Abgas 414 wird nach dem Durchtreten durch den Abgasschacht 11 und durch einen (nicht gezeigten) Staubfänger in die Umgebungsluft abgegeben.
Verschiedene Arten von Plasmabrennern 2 und verschiedene Arten von Plasmagasen, wie beispielsweise Ar, N&sub2; und Luft, sind verfügbar. Weitgehend wird Luft verwendet, da diese das kostengünstigste Plasmagas darstellt. Die Schwierigkeit besteht darin, daß in der Luft enthaltenes N&sub2; und O&sub2; in einem Hochtemperaturplasmabogen miteinander wirken und NOx in hohen Konzentrationen erzeugen, worauf das Bewirken von photochemischem Smog und saurem Regen zurückgeführt werden kann. Der gasförmige oder der flüssige Brennstoff 405, vorzugsweise der erstgenannte, wird gegen das Abgas 413 durch den Brennstoffeinlaß 408 eingespritzt und mit dem NOx enthaltenden Abgas 413 gleichmäßig vermischt. Ein Hauptteil des Abgases 413 wird in Reduktionsgas umgewandelt und einer Verbrennung unterworfen. NOx wird durch dieses Reduktionsgas reduziert und in der Menge verringert. Wenn Luft als Plasmagas verwendet wird, beträgt die Menge an pro Zeiteinheit einzuspritzender Luft 10 bis 30 Nm³/h im Falle einer Abgabeleistung von 300 kW und 80 bis 120 Nm³/h im Falle einer Abgabeleistung von 1,5 MW. Wenn ein Abfall 4 keine brennbaren Stoffe enthält, beträgt die Konzentration an O&sub2; in dem Abgas 413 ungefähr 21%. Die Menge an pro Zeiteinheit einzuspritzendem gasförmigem oder flüssigem Brennstoff 405 sollte so bestimmt werden, daß eine optimale Menge an Reduktionsgas zum Senken der Menge an NOx erzeugt werden kann. Aus diesem Grund soll beim Bestimmen der Menge an pro Zeiteinheit einzuspritzendem gasförmigem oder flüssigem Brennstoff 405 die Menge des Abgases 413 und die Konzentration des O&sub2; in diesem in Betracht gezogen werden. Wenn Stadtgas 13A verwendet wird, beträgt die Menge an pro Zeiteinheit einzuspritzendem gasförmigem Brennstoff nicht mehr als 1 bis 3 Nm³/h im Falle einer Abgabeleistung von 300 kW und 8 bis 12 Nm³/h im Falle einer Abgabeleistung von 1,5 MW. In dem Fall, bei dem der Abfall 4 brennbare Stoffe enthält, wird eine geringere Menge an Stadtgas ausreichend sein, da in diesem Fall eine größere Menge an in der als Plasmagas verwendeten Luft enthaltenem O&sub2; als in dem Fall verbraucht wird, bei dem der Abfall 4 keine brennbaren Stoffe enthält. Da es keine Möglichkeit gibt, daß das von dem Brennstoffauslaß 408 ausgegebene Stadtgas zu dem Inneren des Ofenkörpers 1 zurückströmt, besteht auch keine Möglichkeit, daß sich Schadstoffe, wie beispielsweise CO, mit dem durch einen Spalt zwischen dem Ofenkörper 1 und dem Plasmabrenner 2 austretenden Abgas 413 vermischen.
Vorzugsweise ist der Brennstoffeinlaß 408 an dem Eingang zu dem Abgasauslaß 416 vorgesehen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, so daß der zu dem Abgas 413 eingespritzte Brennstoff 405 mit dem Abgas 413 gut vermischt werden kann, um für die Verbrennung geeignet zu sein. Alternativ kann der Brennstoffeinlaß 408 eine Öffnung in dem Abgasschacht 11 haben. Die Temperatur des Abgases 413 in der Nähe des stromabwärtigen Endes des Brennstoffeinlasses 408 muß nur höher als die Zündtemperatur des betreffenden Brennstoffes 405 sein. Somit ist eine Temperatur von über 500ºC vorzuziehen. Um eine Wirkung des Verringerns der Menge an NOx ohne Fehlverhalten zu erhalten, ist es meist üblich, mehr Brennstoff 405 zu liefern, als zum Verbrauchen des restlichen O&sub2; wirklich erforderlich ist. Der überschüssige Brennstoff 405 erzeugt Reduktionsgase, wie beispielsweise CO und H&sub2;, die einer vollständigen Verbrennung in dem Abgasschacht 11 unterworfen werden sollen. Ein von der Luftdüse 410 ausgegebener Strahl von Verbrennungsluft dient zu diesem Zweck. Damit die Konzentration an CO in dem in die Umgebungsluft abgegebenen Abgas 414 unter 100 ppm geringgehalten werden kann, soll das Abgas 413 in der Nähe der Düsenspitze der Luftdüse 410 bei einer Temperatur von über 800ºC gehalten werden.
Der Plasmabogen 3 mit der außerordentlich hohen Temperatur neigt dazu, die in dem Plasmabrenner 2 angeordnete Elektrode zu oxidieren. Um eine lange Verwendungsfähigkeit des Plasmabrenners 2 zu ermöglichen, wird die Menge der pro Zeiteinheit eingespritzten Luft einer periodischen Veränderung unterworfen, was bewirkt, daß sich die Bogenenden des Plasmabogens 3 mit der außerordentlich hohen Temperatur an der Elektrodenoberfläche bewegen und dadurch eine gleichmäßige Gestaltung des Verschleißes des Elektrode zu bewirken, so daß eine lange Verwendungsfähigkeit der Elektrode ermöglicht wird. Um eine gleichmäßig reduktive Ofenumgebung zu halten, ist es meist üblich, kohlenstoffhaltige Stoffe dem Abfall 4 hinzuzufügen. Da die kohlenstoffhaltigen Stoffe die Form amorpher Feststoffe haben, dauert es einige Zeit, bis sie geschmolzen und zu Reduktionsgasen vergast sind. Darüber hinaus besteht ein großer Unterschied in der Vergasungsrate gemäß den Arten oder den Größen der amorphen Feststoffe. Genau dies ist der Grund, weshalb eine große Menge an kohlenstoffhaltigen Stoffen erforderlich ist, um die Ofenumgebung gleichmäßig reduktiv zu halten. Je größer die Menge an kohlenstoffhaltigen Stoffen ist, desto langer ist die Ansprechzeit des Plasmaofens auf eine Notwendigkeit an einer Verringerung der Menge an NOX. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem in einer einfachen und wirkungsvollen Weise durch eine Verwendung von gasförmigem Brennstoff 405, wie beispielsweise Stadtgas, das Reduktionsgase enthält. Somit hat der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Brennstoff 405 eine außerordentlich große Wirkung in bezug auf das Reduzieren von NOx und in bezug auf das Verringern der Menge an NOx, sobald eine geringfügige Menge des Brennstoffes 405 zu dem Abgas 413 eingespritzt wird. Darüber hinaus ist der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Brennstoff 405 geeignet, derart behandelt zu werden, daß die Menge des pro Zeiteinheit eingespritzten Brennstoffes 405 bei einer periodischen Änderung der Menge an pro Zeiteinheit eingespritztem Plasmagas verändert werden kann, so daß die Menge an erzeugten Reduktionsgasen für ein Geringhalten der erzeugten Menge an NOx geeignet ist.
Das nachstehend beschriebene spezielle Beispiel dient der Darstellung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels. Die Veraschungsrückstände des Siedlungsmülls wurden dem in Fig. 1 gezeigten Plasmaofen bei einer Rate von 250 kg pro Stunde zugeführt. Die zum Schmelzen der Veraschungsrückstände mittels des Plasmabrenners 2 der Nichtübertragungsbauart verwendete Abgabeleistung betrug 300 kW. Es wurde Luft als Plasmagas verwendet und die Menge an pro Zeiteinheit eingespritzter Luft betrug im Durchschnitt 21 Nm³/h, wobei sich die Menge an Luft um nicht mehr als plus oder minus 20% während der gesamten periodischen Veränderung veränderte.
Fig. 2(a) stellt die Beziehung zwischen der Menge an zu dem Abgas eingespritztem Brennstoff und der sich daraus ergebenden Konzentration an CO dar. Fig. 2(b) stellt die Beziehung zwischen der Menge an zu dem Abgas eingespritztem Brennstoff und der Rate der Abnahme von NOx dar. Stadtgas 13A (das aus 88% Methan, 6% Ethan, 4% Propan und 2% Butan besteht) wurde als ein Brennstoff 405 verwendet, der zu dem Abgas 413 durch den Brennstoffeinlaß 408 eingespritzt wurde. Als das Stadtgas bei einer Rate von 1 Nm³/h eingespritzt wurde, lag die Konzentration an CO in dem Abgas 413 unter 100 ppm und betrug die Rate der Abnahme von NOx ungefähr 46%. Als die pro Zeiteinheit eingespritzte Menge an Stadtgas von 2 Nm³/h auf 4 Nm³/h erhöht wurde, wurde ein Anstieg in der Konzentration an CO bemerkt, wie dies durch eine Kurve (A) in Fig. 2(a) gezeigt ist, und die Rate der Abnahme von NOx stieg ebenfalls bis auf ungefähr 90%. Um die Konzentration an CO zu senken, wurde Umgebungsluft in den Abgasschacht 11 gesaugt, wobei die Konzentration an CO immer noch ziemlich hoch war. Daher wurde ein Strahl an von der Luftdüse 410 ausgegebener Verbrennungsluft bei einer Rate von 20 bis 30 Nm³/h gegen das durch den Abgasschacht 11 hindurchtretende Abgas 413 gerichtet. Das Ergebnis war, daß die Konzentration an CO in dem in die Umgebungsluft abgegebenen Abgas 414 geringer als 100 ppm war, wie dies durch die gestrichelte Linie (B) in Fig. 2(a) dargestellt ist, während die Rate der Abnahme von NOx bei 90 bis 92% im wesentlichen unverändert blieb, wie dies durch die gestrichelte Linie (B) in Fig. 2(b) dargestellt ist.
Der in Fig. 3 gezeigte Ofenkörper 1 unterscheidet sich im Aufbau von dem in Fig. 1 gezeigten Ofenkörper. Der wesentliche Unterschied besteht in der Tatsache, daß im Falle des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels der Schlackeauslaß 7 ebenfalls als ein Auslaß zum Abgeben des Abgases 413 dient. Der Brennstoffeinlaß 408 zum Einspritzen des Brennstoffes 405 ist am Eingang zu dem Schlackeauslaß 7 vorgesehen. In der gleichen Weise, wie dies unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 erwähnte Ausführungsbeispiel erwähnt wurde, wird ein Hauptteil des Abgases 413 in Reduktionsgase umgewandelt, wodurch die Menge an NOx abnimmt. Gleichzeitig wird ermöglicht, daß das Abgas 413, das eine hohe Temperatur hat, die Schlacke 6 in dem Schlackeauslaß 7 erhitzt, so daß das Abgeben der geschmolzenen Schlacke stabilisiert werden kann.
Üblicherweise beträgt die Menge an von dem Plasmaofen abgegebenem Abgas weniger als ein Drittel der Menge an von einem Verbrennungsofen abgegebenem Abgas. Eine derart geringe Menge an Abgas erschwert es, das stromabwärtige Ende des Schlackeauslasses 7 des Plasmaofens und seine Umgebung bei einer hohen Temperatur zu halten. Folglich neigt die geschmolzene Schlacke 6 dazu, sich an dem stromabwärtigen Ende des Schlackeauslasses 7 zu verfestigen, und ihr Ausströmen wird behindert. Wenn dies geschieht, steigt der Druck im Ofen auf ein derartiges nicht mehr steuerbares Maß an, daß die in dem Ofenkörper 1 suspendierten Rußteilchen in die Umgebungsluft abgegeben werden und dies eine Umweltverschmutzung mit sich bringt. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch ein Einspritzen des Brennstoffes 405 durch den Brennstoffeinlaß 408 und durch ein Ermöglichen, daß der Brennstoff 405 mit dem Abgas 403 in dem begrenzten Raum des Schlackeauslasses 7 gut vermischt wird und einer Verbrennung unterworfen wird. Eine dadurch erzeugte starke Hitze dient dazu, den gesamten Bereich des Schlackeauslasses 7 bei einer hohen Temperatur zu halten. Das stromabwärtige Ende des Schlackeauslasses 7 und seine Umgebung werden ebenfalls bei einer hohen Temperatur gehalten und es wird ein Verstopfen des Schlackeauslasses 7 verhindert. Die Anordnung des Brennstoffeinlasses 408 am Eingang zu dem Schlackeauslaß 7 dient ebenfalls dazu, den gesamten Bereich des Schlackeauslasses 7 bei einer hohen Temperatur zu halten.
Das nachstehend beschriebene spezielle Beispiel dient der Darstellung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels. Die Veraschungsrückstände des Siedlungsmülls wurden dem in Fig. 1 gezeigten Plasmaofen bei einer Rate von 250 kg pro Stunde zugeführt. Die zum Schmelzen der Veraschungsrückstände mittels des Plasmabrenners 2 der Nichtübertragungsbauart verwendete Abgabeleistung betrug 300 kW. Die Menge an pro Zeiteinheit eingespritztem Plasmagas wurde einer periodischen Veränderung bei einem zeitlichen Abstand von 3 Minuten und innerhalb des Bereiches zwischen 15 Nm³/h und 25 Nm³/h unterworfen. Es wurde Verbrennungsluft durch die Luftdüse 410 bei einer Rate von 20 Nm³/h zum Zwecke des Verbrennens des unverbrannten Gases in dem Abgasschacht 11 eingespritzt und dadurch wurde ein Abgeben von CO in die Umgebungsluft verhindert. Das vorstehend erwähnte Stadtgas 13A wurde durch den Brennstoffeinlaß 408 bei der Rate von 3,0 Nm³/h eingespritzt und ein Durchschnittswert von 93,7% wurde von den im Verlauf einer Stunde erhaltenen Raten der Abnahme vonNOxerhalten. Aus dem vorstehend Beschriebenen ist zu entnehmen, daß das Stadtgas bei einer konstanten Rate eingespritzt wurde, während die pro Zeiteinheit eingespritzte Menge an Plasmagas einer periodischen Veränderung unterworfen war. Das Ergebnis war, daß die prozentuale Reduktion und die Rate der Abnahme von NOx einer deutlichen zeitlichen Schwankung derart unterworfen waren, daß diese gering waren, wenn die pro Zeiteinheit eingespritzte Menge an Plasmagas groß war, während sie hoch waren, wenn die pro Zeiteinheit eingespritzte Menge an Plasmagas gering war. Um diese deutliche Schwankung zu bewältigen, war die durch den Brennstoffeinlaß 408 pro Zeiteinheit eingespritzte Menge an Stadtgas ebenfalls einer periodischen Veränderung derart unterworfen, daß der Durchschnittswert der pro Zeiteinheit im Verlauf einer Stunde eingespritzten Mengen an Stadtgas 3,0 Nm³/h betrug. Die periodische Veränderung der Menge an Stadtgas wurde mit der periodischen Veränderung der Menge an Plasmagas zeitlich abgestimmt und ein Durchschnittswert von 96,4% wurde von den Raten der Abnahme vonNOxim Verlauf einer Stunde erhalten. Bei einem Steuertest, der unter der Bedingung ausgeführt wurde, daß das Stadtgas nicht in den Schlackeauslaß 7 eingespritzt wurde, verfestigte sich die geschmolzene Schlacke 6 an dem stromabwärtigen Ende des Schlackeauslasses 7 und Wartungsarbeiten mußten in Abständen von ungefähr 5 Stunden ausgeführt werden. Wenn Stadtgas in den Schlackeauslaß 7 eingespritzt wurde, wurde das vorstehend erwähnte Problem gelöst, und die Notwendigkeit an Wartungsarbeiten wurde beseitigt. Wegen des stabilisierten Abgebens der geschmolzenen Schlacke 6, die eine hohe Temperatur hatte, wurde die Qualität der Schlacke 6 auf ein derart erhebliches Maß verbessert, daß sie zur Verwendung beispielsweise als ein mit Beton zu vermischender Stoff geeignet war.
Kurz gesagt besteht ein bedeutendes Merkmal der beiden vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiele darin, daß der Brennstoff gegen das Abgas eingespritzt wird und in Reduktionsgase umgewandelt wird, so daß in dem Abgas enthaltene NOx dadurch reduziert werden können. Somit wird der Brennstoff derart wirkungsvoll zur Reduktion angewendet, daß eine geringfügige Menge an Brennstoff zum Senken der Menge an NOx ausreichend ist. Dabei ist ein gasförmiger oder ein flüssiger Brennstoff, der eingespritzt werden kann, geeigneter zu handhaben als ein fester Brennstoff. Die periodische Veränderung der Menge an Brennstoff kann mit der periodischen Veränderung der Menge an Plasmagas in eine zeitliche Abstimmung gebracht werden, so daß weder zu viel noch zu wenig an Reduktionsgasen erzeugt wird. Da das Innere des Ofenkörpers nicht mit Reduktionsgasen gefüllt ist, ist die Möglichkeit gering, daß das aus dem Ofenkörper austretende Abgas Schadstoffe enthält. Bei einem der beiden vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen wird der Brennstoff in den Schlackeauslaß eingespritzt und einer Verbrennung in dem Schlackeauslaß unterworfen, der auch als ein Auslaß zum Abgeben des Abgases dient. Der dadurch erhitzte Schlackeauslaß dient dazu, das Abgeben der geschmolzenen Schlacke zu stabilisieren.
Die vorliegende Erfindung ist durch ein Vorsehen einer Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff gegen das Abgas in dem Ofenkörper 1 industriell anwendbar, wobei eine derartige Anordnung insbesondere zum Senken der Menge an NOx geeignet ist.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Plasmaofens (1) mit den folgenden Schritten:

Schmelzen von Abfall (4) zu einer geschmolzenen Schlacke (6) mit einem Plasmabogen (3), um so einen Vorrat (15) an geschmolzener Schlacke in einem Ofenkörper (1) des Plasmaofens (1) zu bilden; und

Abgeben von Abgas (413) durch einen Abgasauslaß (416), der in dem Ofenkörper (1) vorgesehen ist;

gekennzeichnet durch den Schritt

Einspritzen von Brennstoff (405) gegen das Abgas (413), um die Menge anNOxzu senken.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Brennstoff (405) gegen das Abgas (413) eingespritzt wird, wenn das Abgas (413) in den Abgasauslaß (416) strömt.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Abgas (413) eine Temperatur von über 500ºC in einem Abschnitt hat, in dem der Brennstoff (405) eingespritzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Plasmagas durch einen Plasmagaseinlaß eingespritzt wird, der in einem Plasmabrenner (2) vorgesehen ist, der an dem Ofenkörper (1) montiert ist, wobei der Brennstoff (405) in einer derartigen Weise eingespritzt wird, daß sich eine Menge des eingespritzten Brennstoffes mit einer Änderung einer Menge des eingespritzten Plasmagases ändert.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

des weiteren ein Brennstoff gegen das Abgas (414) eingespritzt wird, wenn das Abgas (413) aus dem Abgasauslaß (416) abgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß

das von dem Abgasauslaß (416) abgegebene Abgas (414) eine Temperatur von über 800ºC in einem Abschnitt hat, in dem der Brennstoff des weiteren eingespritzt wird.