SE464980B - Foerfarande foer smaeltning av material, speciellt avfall, som innehaaller fibrer av oorganiskt material samt organisk substans och eventuellt vatten i en ugn - Google Patents

Description

464 980 vn 40 Mot bakgrund av detta har man försökt återföra avfallet som råvara till ugnar för t.ex. glassmältning, men detta har visat sig vara möjligt enbart för avfall med låg halt av orga- nisk substans och med mycket omsorgsfull sönderdelning av det fibrösa avfallet, vilket också avsevärt fördyrar processen. f Smältningsmetodiken kan förbättras om man anbringar av- fallsmaterialet på ytan av befintlig smälta i en särskild smält- . ningsugn och tillför smältvärme med hjälp av förbränningsvärme från ett antal brännare anordnade i ugnen, med hjälp av strömma- tade elektroder placerade i smältan eller med hjälp av strömma- tade motståndselement inbyggda i ugnsbottnen. Gemensamt för så- dana metoder där avfallet smälte med hjälp av värme som kommer från omgivningen är emellertid att energiförbrukningen är hög.

Dessutom är det fortfarande svårt att erhålla rökgaser som är i önskvärd utsträckning fria från oförbrända gaser och ångor, dvs luftföroreningsproblemen kvarstår åtminstone delvis.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma ett förbättrat smältningsförfarande, varigenom ovan redovisade nackdelar i vä- sentlig utsträckning undanröja.

I enlighet med uppfinningen uppnås detta genom ett för- farande som uppvisar de i bifogade patentkrav angivna särdragen.

Alimän beskrivning av ngpfinningen Det principiellt nya i samband med föreliggande uppfinning är att fibermaterialet smältes med hjälp av värme, som utvecklas inne i själva materialet under förbränning av däri ingående or- ganisk substans, varigenom man sålunda i regel helt kan elimine- ra behovet av tillförd energi. Närmare bestämt avser uppfin- ningen ett förfarande för smältning av material innehållande fibrer av oorganiskt material samt organisk substans och even- tuellt vatten i en ugn, varvid det utmärkande för förfarandet är att man tillför rent syre eller i erforderlig usträckning syre- anrikad luft, vars syreinnehåll företrädesvis är åtminstone cir- ka 40 volymprocent, till ugnen. Detta förfarande har visat sig ge en mycket snabb och effektiv förbränning av ingående organis- ka substanser med rena rökgaser.

Smältningsförfarandet enligt uppfinningen är med andra ord mycket effektivt och reducerar behovet av tillförd energi på ett drastiskt sätt. För att exemplifiera detta kan det nämnas att ett representativt bästa värde för en ugn med yttre värmetill- QQH /UU försel vid smältkapaciteten 6,0 ton avfall/m2 och dygn var en värmeförbrukning på 600 kcal/kg avfall (= 2,5 MJ/kg). Vid ett förfarande enligt uppfinningen kan smältning ske med minst lika hög smältkapacitet men helt utan energiförbrukning.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen tillföras syret eller den syreanrikade luften i närheten av gränsskiktet mellan bildad smält massa och det där- ovanför liggande anbringade fibermaterialet, speciellt i omedel- bar närhet av detta gränsskikt. Syret eller den syreanrikade luften kan med fördel tillföras underifrån.

Det skall framhållas att uppfinningen icke kräver att det i ugnen skall finnas någon väsentlig mängd smält massa. Den smälta massan kan t.ex. utgöras av ett tunt bottenskikt, vari- från avtappning sker kontinuerligt allteftersom smältningspro- cessen fortgår.

Förfarandet enligt uppfinningen kan sålunda genomföras under användning av ren syrgas med utmärkta resultat som följd.

Dock behöver man inte alltid tillgripa denna rena variant av syre, utan goda resultat har uppnåtts redan vid en undre gräns på cirka 40 volymprocent syre. En ännu mera föredragen utfö- ringsform av uppfinningen innebär användning av syreanrikad luft, vars syreinnehall är minst cirka 50 volymprocent, före- trädesvis minst cirka 60 volymprocent. För vissa speciella till- lämpningar kan gränsen cirka 75 volymprocent vara en speciellt föredragen undre gräns.

Den typ av material som kan smältas med hjälp av förfaran- det enligt uppfinningen har berörts ovan. Materialet kan emel- lertid också definieras med hjälp av den i och för sig välkända termen adiabatisk temperatur, i enlighet med det följande.

Förbränningen av organisk substans (vanligtvis bindemedel) i syreatmosfär sker mycket snabbt under stor värmeutveckling.

Värmen används för uppvärmning av alla beståndsdelar, dvs fib- rer, vatten och avgaser. Temperaturen, TX, som erhålls, om alla värmeförluster förhindras (s.k adiabatisk temperatur), har be- funnits kunna beräknas enligt formeln 464 980 nu 40 “<|>< 41,4 . TL + 5419 . X + 550 - 520 . Z 0,3545 X + 0,02343 . där TX = adiabatisk temperatur (°) x = bindemedelshalt (X), (100 - Y) . X + 30,52 (bindemedlets energivärde 5500 kcal/kg) y = syreinnehäll i tillförande luft (I) TL = luftens temperatur (°C) z = vatteninnehallet i avfallet (1) I samband med smältning av mineralfiberavfall har det vi- sat sig att parametrarna x, y, z och TL kan fa variera i stor omfattning utan att smältningen påverkas negativt, under förut- sättning av att den adiabatiska temperaturen är tillräckligt hög. Det har salunda visat sig att vid en adiabatisk temperatur överstigande cirka 850°C avfallsmaterial kan smältas med goda resultat som följd och under mycket varierande värden pa ingaen- de parametrar, sasom bindemedelshalt i avfallet, syreinnehall i den syreanrikade luften, den tillförda syreanrikade luftens tem- peratur och vatteninnehàllet i materialet, etc.

Ett speciellt intressant värde pa den adiabatiska tempera- turen är vidare en undre gräns av cirka 1200°C, da det har visat sig att smältning av avfall, vars adiabatiska temperatur över- stiger denna gräns, kan ske i en ugn, utan att man far nagra problem med att fa smältan att rinna ut ur ugnen. Vid ovannämnda adiabatiska gränsvärde blir den bildade smältan nämligen sä varm, att den av sig självt rinner ut ur smältningsugnen, förut- satt naturligtvis att ugnen är tillfredsställande isolerad.

För avfall med adiabatiska temperaturer under 1200°C har det däremot i manga fall visat sig vara fördelaktigt att tillfö- ra ytterligare värme till ugnen, främst för att halla bottnen av densamma uppvärmd, så att det smältande materialets transport ur ugnen underlättas. Ifrägavarande extra värmetillförsel kan ske enligt i och för sig förut kända metoder.

I övrigt kan anyo betonas att förbränningen av den or- ganiska substansen blir synnerligen effektiv och att hög syrean- rikning innebär att den mängd avgaser, som kommer fran ugnen, är relativt liten. Om miljöfarliga ämnen skulle frigöras vid pro- cessen, innebär den minskade avgasmängden att en behandling av denna blir enkel och ekonomisk. 464 980 Slutligen kan i detta sammanhang tilläggas att en provan- läggning uppbyggd enligt ovannämnda principer uppvisade följande driftsparametrar vid smältning av glasfiberavfall med cirka 6! organiskt bindemedel.

Max 6,0 ton/m2 och dygn 150 Nm3/ton avfall Smältkapacitet: Avgasmängd: Energiförbrukning för smält- ning: 0 Energiförbrukning för varm- hållning av bottnen: 80 kcal/kg avfall (=0,33 MJ/kg) Uppfinningen kommer nu att belysas ytterligare genom ut- föringsexempel under hänvisning till bilagda schematiska rit- ningar, pa vilka: Figur 1 visar ett snitt genom en ugn anordnad för genom- förande av förfarandet enligt uppfinningen; Figur 2 visar ett snitt genom en ugn, som arbetar enligt uppfinningsprincipen och vari extra värme tillförs bottenskiktet av smält massa med hjälp av elström, som passerar genom massan; Figur 3 visar ett snitt utmed linjen B-B vid ugnen enligt figur 2; Figur 4 visar ett annat utförande av en smältugn, som ar- betar enligt uppfinningsprincipen och vari extra värme tillförs bottenskiktet med hjälp av elström, som gär igenom motstandsele- ment inbyggda i ugnens botten; Figur 5 visar ett annat utförande, vari extra värme till- förs bottenskiktet med hjälp_av heta gaser, som alstras med en brännare och passerar inne i ugnsbottnen; och Figur 6 visar ännu ett utförande, vari det smälta avfallet vilar pa en bädd av eldfasta stenar, som genom sin form lämnar öppningar för passage av bade syre eller syreanrikad luft mot avfallet och det smälta glaset mot ett utlopp.

Da åtskilliga detaljer för de olika varianter av ugnar som presenteras i de olika ritningsfigurerna är gemensamma för de olika figurerna, har samma hänvisningsbeteckningar använts för samma eller motsvarande detaljer. Detta innebär ocksa att rit- ningsfigurerna i princip kommer att beskrivas gemensamt utan nagon speciell uppdelning pa respektive figur, med undantag av 464 980 6 '10 "de fall där alternativa detaljer förekommer. Dessutom är upp- byggnaden av respektive ugnar och funktionen av dessa i grunden samma som enligt tidigare känd teknik, med undantag naturligtvis av de nya säradrag som betingas av föreliggande uppfinning, var- för beskrivningen inte torde behöva göras alltför omfattande. ~ Uppbyggnad och funktion av ugnarna beskrivs följaktligen i ett sammanhang. < För figurerna 1-6 gäller sålunda att avfall 1 är placerat i en varm smältugn, som består av en smältdel 2 och en avtapp- ningsdel 3. Smältdelen är avgränsad av väggar 4 och botten 5 samt tak 6.

Avfallets organiska innehåll antände i värmen, och för- bränningen upprätthålls genom inverkan av en syrerik atmosfär, som tillförs avfallet underifrån genom ett antal munstycken/rör 9 placerade i särskilda eldfasta stenar 15 i ugnens botten 5.

Avfallet smälter under värmepåverkan från förbränningen och rin- ner ned mot ugnsbottnen 5 och in i avtappningsdelen genom sido- öppningen 7. Smältan lämnar därefter avtappningsdelen genom en bottenöppning 10. Avgaserna från förbränningen lämnar ugnen ge- nom en öppning 11 och en skorsten 8, som är gemensam för smält- och avtappningsdelarna.

En brännare 12 är placerad i avtappningsdelen för att upp- rätthålla temperaturen hos den avtappade smältan, om så erford- ras, så att dess transport ut ur ugnen underlättas.

Smältningen kan observeras genom ett titthål 16 i väggen För att därefter övergå till de skillnader som föreligger enligt de olika ritningsfigurerna gäller föjande.

Vid utföringsformen enligt figur 1 utgörs bottnens 5 över- del av en särskild botteninsats 17 av ett material som är sär- skilt motetåndskraftigt mot det erhållna smälta materialet. Mun- styckena 9 utmynnar i nivå med botteninsatsens 17 yta, vilken ligger i nivå med öppningens 7 undre nivå. Detta innebär att det endast kommer att finnas ett tunt bottenskikt 19 av smälta på bottnen 5.

Vid utföringsformen enligt fig 2 och 3 sträcker sig mun- ': styckena 9 med tillhörande stenar 15 vertikalt uppåt en sträcka från bottnens 5 ovanyta, så att munstycksöppningarna ligger på en nivå svarande mot en avtappningssidoöppning 7. Följaktligen 1 4-64 980 bildas ett smältbad 13'i smältdelens nedre del upp till nivan för avtappningsöppningen 7. Elektroder 14 är anordnade i detta bad för att överföra ström och därmed extra värme till detsamma, sä att badets temperatur upprätthålls och utrinningen av smälta underlättas.

Utföringsformen enligt fig 4 överensstämmer med den enligt fig 1 med undantag för att elektriska motstandselement 18 är anordnade i botteninsatsen 17 i och för varmhållning av erhállen smälta, sa att utmatningen därav ur ugnen underlättas.

För utföringsformen enligt figur 5 gäller att en brännare är anordnad i anslutning till bottnen pa ugnen, varvid bott- nen innehåller ett förbränningsutrymme och därmed förbundna ka- naler 22 för passage av förbränningsgaser och salunda tillföran- de av värme till ugnens eldfasta botten för varmhällning därav.

Förbränningsgaserna passerar också utloppet 10 för det smälta materialet, innan de avgar genom skorstenen 8, varigenom de ytterligare bidrager till att säkerställa avtappningen av det smälta materialet.

För utföringsformen enligt figur 6 gäller slutligen att den innehåller en bädd 23 av flera lager av eldfasta stenar, vilka i detta fall har sfärisk form, pä bottnen 5 i ugnens smältdel 2. Dessutom är en brännare 24 anordnad vid nederkanten av den ena sidoväggen av ugnen för uppvärmning av bädden, om detta erfordras. I motsats till de tidigare visade utföringsfor- merna gäller vidare att röret eller rören 9 för tillförsel av syre eller syrgasanrikad luft in i bädden 23 inte är anordnade att tillföra nämnda syre eller syreanrikade luft direkt underi- från utan via ena sidoväggen i anslutning till brännaren 24.

Bädden 23 har en sådan höjd att den täcker utloppsöppningen 7.

Bädden 23 bidrager till att fördela syre eller syreanrikad luft över hela den undre materialgränsytan.

Claims (6)

464 980 C51 10 15 20 25 30 PATENTKRAV

1. Förfarande för smältning av material, speciellt av- fall, som innehåller fibrer av oorganiskt material samt organisk substans och eventuellt vatten, i en ugn under tillförsel av syre för avlägsnande av den organiska substansen, kännetecknat av att man haller ugnen sa varm att det tillförda materialet antände, att man tillför rent syre eller syreanrikad luft, vars syreinnehall företrädesvis är minst cirka 40 volymprocent, till ugnen, sa att den organiska substansen i fibermaterialet förbränns och atminstone huvudsakligen utvecklar det värme, som smälter fibermaterialet, och att man eventuellt tillför extra värme för att underlätta avtappning av smält material.

2. ; Förfarande enligt krav 1, kännetectnat av att syret eller den syreanrikade luften tillförs i närheten, företrädesvis omedelbar närhet, av gränsskiktet mellan smält material och ovanförliggande fibermaterial.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att syret eller den syreanrikade luften tillförs underifrån.

4. Förfarande enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att man tillför syreanrikad luft, vars syre- innehàll är minst 50 volymprocent, företrädesvis minst 60 volym- procent, t.ex. minst 75 volymprocent. '

5. Förfarande enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att det genomföres pà ett fibermaterial, vars adiabatiska temperatur överstiger cirka 850°C, företrädesvis överstigande cirka 1200°C.

6. Förfarande enligt nagot av de föregående kraven, kännetecknat av att det genomföres på avfall från tillverkning av mineralfibrer, företrädesvis glasfibrer.