DK159291B - Fremgangsmaade til destruktion af affald, isaer husholdningsaffald - Google Patents

Description

i

DK 159291 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til destruktion og forgasning af affald, især husholdningsaffald, hvorved det indgående materiale indføres i toppen af en skaktovn igennem en gastæt sluseanordning.

5 Problemet med forgasning af affald ved de hidtil anvend te metoder er, at temperaturen i såvel slutforgasnings-trinnet som i den i reaktoren producerede afgående gas er for lav. Grunden hertil er bl.a., at affald har en lav varmeværdi og et højt vandindhold.

10 De meget lave forgasningstemperaturer medfører flere ulemper, eksempelvis at carbonhydridforbindelser ikke nedbrydes fuldstændigt, hvilket giver anledning til en forstyrrende "tjæredannelse" i gassystemet, og at bestanddele, der ikke lader sig forgasse, udledes som 15 en fast aske, hvori de indgående bestanddele enten er opløste eller ikke bundne, hvilket giver anledning til deponeringsproblemer i form af støvdannelse og ved at skadelige stoffer let kan udvaskes fra asken.

Det er et formål med den foreliggende opfindelse at 20 eliminere de ovenfor omtalte ulemper og at tilvejebrin ge en proces, som i det væsentlige er uafhængig af vandindholdet i og sammensætningen af det indgående materiale.

Et andet formål med opfindelsen er at tilvejebringe en fremgangsmåde, som forbruger en mindre mængde ener-25 gi end de tidligere anvendte processer, og som desuden resulterer i en værdifuld procesgas.

Disse formål opfyldes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, som er ejendommelig ved, at materialet fortørres og underkastes en indledende forgasning i medstrøm med 30 procesgassen, og at der udover den ved forbrændingen dannede varmeenergi tilføres en yderligere reguleret

DK 159291B

2 mængde varmeenergi ved hjælp af en helt eller delvis elektrisk opvarmet blæsegas.

Opvarmningen af denne blæsegas kan ske ved hjælp af plasmageneratorer, elektriske modstandselementer og/eller 5 indirekte i varmevekslere.

Fortrinsvis anvender man imidlertid mindst én plasma-generator ved processen. Herved kan gassen tildeles en særligt høj energimængde pr. volumenenhed, og det bliver muligt at kontrollere forgasnings- og slagge-10 dannelsestemperaturerne meget nøjagtigt.

Opvarmningen af blæsegas ved hjælp af plasmageneratorer kan foretages på flere måder. Således kan blæsegassen helt eller delvist ledes igennem plasmageneratoren.

Endvidere kan en større eller mindre del af blæsegas-15 sen tilblandes efter plasmageneratoren.

Normalt anvendes luft som blæsegas. Under visse omstændigheder er det dog væsentligt at begrænse risikoen for dannelse af nitrogenoxider mest muligt, hvilket man kan opnå ved at opvarme damp i plasmageneratoren, 20 hvorefter man lader den overophedede damp opvarme hoved gasstrømmen. Også andre gasser kan tilblandes, eksempelvis forskellige carbonhydrider og recirkuleret proces-gas.

Eventuelt kan der blandes brændsel, såsom stenkul eller 25 gummiaffald, og/eller spildolie i det tilførte materiale, hvorved det bliver muligt at regulere varmeværdien i den producerede gas.

Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen tilføres den ekstra varmeenergi på flere forskellige 30 niveauer i skaktovnen, hvilket sammenholdt med, at man 3

DK 159291 B

anvender mindst én plasmagenerator til opvarmningen, bevirker, at temperaturen på de forskellige stadier af processen kan styres hurtigt og med god præcision, uafhængigt af varmeværdien og vandindholdet i det ind-5 gående materiale.

Ved at tilvejebringe en tilførsel af ekstra varmeenergi ved hjælp af forvarmet procesgas oven for chargeringsniveauet i skaktovnens top opnår man en fortørring og en forgasning af det indgående materiale i medstrøm 10 med procesgassen. Dette giver bl.a. den fordel, at størs tedelen af den indgående vandmængde ikke behøver at blive sønderdelt, samtidig med, at en mindre del af det indgående kulstof kan oxideres til carbondioxid, uden at der derved opnås for lave temperaturer i den 15 udgående gas. Denne uddrivning af vand og oxidation af en del af kulstoffet mindsker i betydelig grad behovet for ekstra varmeenergi.

Yderligere karakteristiske træk og fordele ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen vil fremgå af den nedenstående 20 detaljerede procesbeskrivelse i tilslutning til den medfølgende tegning, som er en skematisk gengivelse af en anordning til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

På figuren er således skematisk vist et anlæg til gennem-25 førelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og skakt ovnen, hvori destruktionen sker, er på figuren angivet ved tallet 1.

Det indgående materiale i form af affald, fortrinsvis husholdningsaffald, som er tilblandet fast brændsel 30 såsom stenkul og gummiaffald, tilføres oppe fra igennem skaktovnens top, som er vist ved tallet 2, via en (ikke vist) gastæt sluseanordning.

4

DK 159291 B

Skaktovnen 1 er forsynet med tilføringsanordninger for blæseluft på tre forskelige niveauer i skaktovnen, nærmere bestemt oven for chargeringsniveauet 3, i ovnens midterregion 4 og i ovnens bunddel 5. Endvidere er der 5 på et niveau svarende til omkring 2/3 af skaktovnens højde anbragt en cirkelformet rørledning 6 for den udgående dannede gas.

Blæseluften opvarmes ved hjælp af plasmageneratorerne 7. Blæseluften føres ind i skaktovnen via rørledninger 10 9, og den udgående gas forlader anlægget igennem rør ledningen 10 fra den cirkelformede rørledning 6. Anlægget kan være forsynet med forskellige varmevekslerenheder til opvarmning af blæseluften med udgående dannet gas, inden blæseluften bringes til at passere plasmagenerato-15 rerne. Disse varmevekslerenheder er imidlertid udeladt på figuren for ikke at komplicere unødigt, også fordi deres placering og udformning ikke har nogen afgørende betydning for opfindelsens ide.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal herefter bely-20 ses i detaljer, idet det dog skal bemærkes, at de an givne data kan varieres og justeres, uden at man af den grund går uden for opfindelsens rammer.

Det indgående materiale føres således ind igennem den tidligere nævnte gastætte sluseanordning, og tempera-25 turen stiger successivt, efterhånden som materialet synker ned igennem skakten. I skaktens bunddel 11 sker der en foreløbig omdannelse af tilførte, ikke brændbare materialer til en flydende slagge, som aftappes gennem et slaggeudløb 12. Den producerede gas udtages via 30 den cirkelformede rørledning 6, der som nævnt ovenfor er anbragt i en højde på ca. 2/3 af skakthøjden. Forvarmet blæseluft, som efter varmeveksling ved hjælp af produceret gas til ca. 400 °C opvarmes med plasmageneratorerne 5

DK 159291 B

7 til ca. 800 °C, indblæses igennem blæselufttilfør-selsanordningerne 3, 4, 5, som befinder sig ovenfor chargeringsområdet, umiddelbart over eller under den cirkelformede rørledning 6 til udtagning af gassen samt 5 i skaktens bunddel. Disse 3 blæseluftstrømme kan styres uafhængigt af hinanden, både med hensyn til temperatur og med hensyn til mængde.

Processen kan inddeles i 3 trin, som finder sted i forskellige zoner af skaktovnen, hvilke zoner betegnes 10 med I, II og III, idet de omtrentlige zonegrænser er vist med punkterede linier på figuren. Selv om den her beskrevne udførelsesform omfatter tre zoner, er det også muligt at anvende 4 eller flere zoner.

I zone I sker en uddrivning af indgående vand, og der 15 sker også en begyndende forgasning og forkulning af det indgående materiale samt en delvis forbrænding.

Eftersom sluttemperaturen er så lav som ca. 600 °C, sker der ikke nogen nævneværdig sønderdeling af vandet, og det forgassede materiale bliver for en stor dels 20 vedkommende forbrændt til carbondioxid og vand. Dette bevirker ganske vist en formindskelse af varmeværdien af den producerede gas, men bevirker samtidig en væsentlig formindskelse af varmebehovet i den fortsatte forgasningsproces. Den vanddamp, der befinder sig i zone 25 I, er også værdifuld til sønderdeling af ufuldstændigt nedbrudte carbonhydrider fra zone II.

Da både sammensætningen, stykkernes størrelse og vandindholdet i det indgående materiale varierer stærkt, er det umuligt at angive nogen eksakte værdier for re-30 aktionsforløbet i zone I. Det er derfor væsentligt, at anlægget dimensioneres med overkapacitet i forhold til den forventede mængde indgående materiale, først og fremmest med hensyn til temperatur og med hensyn 6

DK 159291 B

til den tilførte mængde blæseluft. Forløbet i zone I kan styres ved hjælp af temperaturen af den udgående gas.

For at give en fornemmelse af, hvad der sker i zone 5 1, kan følgende omtrentlige data angives: - 80% af det indgående vand fordampes - 30% af affaldets flygtige bestanddele forgasses - 30% af de flygtige kulstofbestanddele forgasses - 10% af det bundne kul forgasses 10 - forholdet CO^/CO og forholdet W^O/W^ i den udgående gas er henholdsvis 2:1 og 3:1, og temperaturen i den udgående gas stiger til ca.

600 °C.

I zone II stiger temperaturen i materialet fra 600 °C

15 til ca. 1400 °C, mens temperaturen af den udgående gas fra zone II ligger på ca. 1200 °C. Inden for zone II sker en så godt som fuldstændig forgasning af de flygtige bestanddele i det tilførte affald, kul og gummi. Varmebehovet i zone II dækkes af den varme gas fra zone 20 III, mens der er et vist underskud af oxygen. Det er derfor nødvendigt at tilføre ekstra blæseluft til zone II for at opnå en fuldstændig nedbrydning af de forgassede carbonhydrider. I overgangen mellem zone I og zone II blandes den varme gas fra zone II med den noget 25 koldere gas fra zone I, således at temperaturen af den gas, der føres til den cirkelformede rørledning, bliver omkring 1000 °C. Denne relativt høje temperatur i kombination med vanddampen i gassen fra zone I gør, at tilstedeværende carbonhydrider hurtigt nedbrydes.

30 Procesforløbet, som finder sted i zone II, styres ved hjælp af temperaturen og oxygen-potentialet i den udgående gas.

7

DK 159291 B

I zone III stiger temperaturen fra ca. 1200 °C til ca.

1500 °C. Til zone III føres kun forkullet og inert materiale, hvorfor produkterne, der udgår fra zone III, er carbonmonoxid og flydende slagge. Varmebehovet i 5 denne zone dækkes dels med forbrændingsvarmen, der opstår, når kullet oxideres til carbonmonoxid, og dels med ophedet blæseluft. Eftersom temperaturen ved den afsluttende forgasning holdes på en så høj værdi som 1500 °C, omdannes hele mængden af materiale, der ikke kan forgas-10 ses, til slagger, der kan aftappes fra skaktovnen som en flydende slaggemasse, i hvilken alle indgående bestanddele er stærkt bundne i en glasagtig slaggefase. Dette understøtter i betydelig grad muligheden for en risikofri deponering. Styringen af procesforløbet i zone III 15 sker hovedsageligt på basis af slaggetemperaturen.

Ved at sætte fast brændsel til affaldsmaterialet, inden dette underkastes forgasningsprocessen ifølge opfindelsen, opnår man en række fordele. En sådan tilsætning forhøjer materialets varmeværdi og formindsker dermed beho-20 vet for externt tilført varmeenergi. Desuden oplukkes det påfyldte materiale og bliver mere ensartet. Ved at regulere den mængde brændsel, der yderligere tilføres, kan man også regulere den producerede varmemængde i den genererede gas inden for vide grænser og derigen-25 nem følge variationerne i behovet for varmeenergi hos de påtænkte brugere.

På grund af kombinationen med fast brændsel vil et affaldsdestruktionsanlæg, som arbejder efter opfindelsens principper, kunne blive en værdifuld leverandør af brænd-30 selsgas til eksempelvis fjernvarmeanlæg og varmecentra ler med varierende varmebehov.

Processens mest fremtrædende fordele kan sammenfattes som følger:

DK 159291 B

8 a) Forgasningen sker ved høj temperatur, hvilket giver en ren gas og forhindrer dannelse af tjære og ildelugtende bestanddele.

b) Bestanddele, der ikke kan forgasses, bindes i en 5 flydende slagge, som størkner ved afkøling, hvilket gør produkterne lugtfri, letter deponeringen og hindrer udvaskning af eksempelvis tungmetaller.

c) Varmeindholdet i den producerede gas kan reguleres ved tilsætning af fast brændsel.

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til destruktion og forgasning af affald, især husholdningsaffald, hvorved det indgående materiale indføres i toppen af en skaktovn igennem en gastæt sluse-anordning, og hvorved der udover den ved forbrændingen 5 dannede varmeenergi tilføres endnu en reguleret varme energimængde ved hjælp af en helt eller delvis elektrisk opvarmet blæsegas, kendetegnet ved, at det indgående materiale underkastes en indledende tørring og forgasning i medstrøm med procesgassen, og at en 10 oxygenholdig blæsegas tilføres på flere forskellige niveauer i skaktovnen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at blæsegassen i det mindste føres til skaktovnens top oven for chargeringsniveauet, til skaktovnens midter-region samt til ovnens bunddel, hvorved de mindst tre 15 forskellige blæsegasstrømmes temperatur og oxidationspotential reguleres uafhængigt af hinanden.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at processen gennemføres i mindst tre forskellige zoner i skaktovnen, hvilke zoner frembringes ved hjælp af tilførsel af blæsegas på tre forskellige niveauer.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at temperaturerne i de tre forskellige zoner I, II og III i skaktovnen reguleres til henholdsvis ca. 600 °C,ca. 1200 °C og ca. 1500 °C.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 25 ved, at den producerede udgående gas udtages igennem DK 159291B en cirkelformet rørledning, som er anbragt i en højde på ca. 2/3 af skaktovnens højde.