DE10134467A1 - Einrichtung zur Produktion von Verbrennungsasche aus cellulosehaltigem Abfall - Google Patents
Einrichtung zur Produktion von Verbrennungsasche aus cellulosehaltigem AbfallInfo
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Abstract
Bei einer Einrichtung zur Produktion von Verbrennungsasche aus cellulosehaltigem Abfall mit einer Knetvorrichtung (3) zum Verkneten des cellulosehaltigen Abfalles mit einer vorgeschriebenen Menge Heizöl, einer Formeinrichtung (5) zum Formen der verkneteten Mischung und einem Verbrennungsofen (7) zum Verbrennen der geformten Stücke ist zwischen der Formeinrichtung (5) und dem Verbrennungsofen (7) ein feuchtigkeitsregulierender Ofen (6) angeordnet, der zur Regulierung des Wassergehaltes der geformten Stücke dient. DOLLAR A Da der Wassergehalt der geformten Stücke zum Zeitpunkt des Verbrennens mit Hilfe des feuchtigkeitsregulierenden Ofens reguliert ist, werden die organischen Substanzen (Cellulose oder ähnliches) beinahe vollständig verbrannt. Dadurch kann die vorliegende Erfindung Verbrennungsasche von guter Qualität produzieren, ohne Verbrennungsrückstände wie Graphit oder Ruß zu erzeugen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Produktion von
Verbrennungsasche aus cellulosehaltigem Abfall, umfassend eine Kneteinrichtung
zum Verkneten des cellulosehaltigen Abfalls mit einer gegebenen Menge flüssigen
Heizöls, einen Brennstofftank zur Aufbewahrung des Heizöls und Zufuhr des Heizöls
in die Kneteinrichtung, eine Formeinrichtung zum Formen der Mischung und einen
Verbrennungsofen zum Verbrennen der geformten Stücke.
Cellulosehaltiger Abfall (Papierschlamm genannt) ist als Abfall von Papierfabriken
allgemein bekannt. Solcher Papierschlamm wurde üblicherweise entwässert,
getrocknet und verascht, und der Ascheanteil wurde auf einer Industrieabfalldeponie
entsorgt.
Die Abfallmenge dieser Stoffe hat jedoch schnell zugenommen, so daß die
Industrieabfalldeponien überfüllt werden, und darüber hinaus führte der Abfall
unvorteilhafterweise zu hohen Kosten.
Deshalb haben die Anmelder der vorliegenden Erfindung bereits ein Verfahren zur
Verbrennung von cellulosehaltigem Abfall entwickelt, das beinhaltet, den
cellulosehaltigen Abfall mit flüssigem Heizöl zu verkneten, um eine verknetete
Mischung zu bilden und danach die verknetete Mischung zu verbrennen (Patent Nr.
29 38 362). Nach diesem Verfahren ist es möglich, den cellulosehaltigen Abfall
hervorragend zu verbrennen, ohne den Abfall zu trocknen, und darüber hinaus
wurde herausgefunden, daß die Verbrennungsasche, d. h. die gebildeten
Verbrennungsrückstände, ebenso verwendbar sind wie Mineralien wie Vermiculit
und Austenit und z. B. als Boden im Gartenbau, als wärmeisolierendes Material beim
Schmelzen von Eisen, als leichtgewichtiger Dämmstoff oder ähnliches vielseitig
verwendbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur
effizienteren Produktion der oben beschriebenen Verbrennungsasche anzugeben,
die so wenig unverbranntes Material übrigläßt wie möglich.
Um die oben gestellte Aufgabe zu lösen, ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur
Produktion von Verbrennungsasche aus cellulosehaltigem Abfall, die mit einer
Kneteinrichtung zum Verkneten des cellulosehaltigen Abfalls mit einer gegebenen
Menge flüssigen Heizöls ausgestattet ist, mit einem Brennstofftank zur
Aufbewahrung des Heizöls und zur Zufuhr des Heizöls in die Kneteinrichtung, mit
einer Formeinrichtung zum Formen der verkneteten Mischung und mit einem
Verbrennungsofen zum Verbrennen der geformten Stücke, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Feuchtigkeitsregulierungsofen zur Regulierung des Wassergehalts der
geformten Stücke zwischen der Formeinrichtung und dem Verbrennungsofen
angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Papierschlamm durch Zugabe einer
gegebenen Menge flüssigen Heizöls und gleichzeitiges Kneten zu einer formbaren
Paste gemacht, die weiter geknetet wird; da die Paste in eine vorgeschriebene Form
gebracht wird, z. B. in eine Stangenform, und der Wassergehalt dieser geformten
Stücke zum Zeitpunkt des Verbrennens durch den feuchtigkeitsregulierenden Ofen
reguliert ist, werden die organischen Substanzen (Cellulose oder ähnliches) beinahe
vollkommen verbrannt. Folglich hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß sie in
der Lage ist Verbrennungsasche von guter Qualität zu produzieren, ohne
Verbrennungsrückstände wie Graphit oder Ruß zu erzeugen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Produktion von
Verbrennungsasche aus cellulosehaltigem Abfall gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Verbrennungseinrichtung für Papierschlamm, bei der eine
vorgeschriebene Menge des von einer Papierfabrik 1 ausgestoßenen
Papierschlamms durch einen Einfülltrichter 2 einer Knetvorrichtung 3 zugeführt wird.
Außerdem wird eine vorgeschriebene Menge Heizöl aus einem Heizöltank 4 mittels
einer Pumpe 41 oder ähnlichem kontinuierlich zugeführt. Das Heizöl wird dem
gekneteten Papierschlamm - eventuell tropfenweise - zum Vermischen beigefügt.
Da Papier zusätzlich zu Cellulose als organischem Bestandteil Kaolin, Talk,
Calciumoxid, Calciumcarbonat usw. zugefügt werden, beinhaltet der oben genannte
Papierschlamm bekanntlich anorganische Stoffe wie Silika, Aluminiumoxid,
Calciumoxid und Magnesiumoxid als chemische Bestandteile. Papierschlamm zur
oben beschriebenen Verwendung in der vorliegenden Erfindung enthält
vorzugsweise 97-35 Gewichtsprozent Cellulose und 3-65 Gewichtsprozent
anorganische Stoffe, bezogen auf den gesamten Feststoff (Cellulose und
anorganische Stoffe). Der Grund hierfür ist, daß es schwer wird, die verknetete
Mischung zu formen, wenn der Celluloseanteil 97 Gewichtsprozent übersteigt (die
anorganischen Stoffe weniger als 3 Gewichtsprozent ausmachen), und der
Papierschlamm weniger gut brennt, wenn der Celluloseanteil weniger als 35
Gewichtsprozent beträgt (die anorganischen Stoffe mehr als 65 Gewichtsprozent
betragen). Idealerweise beinhaltet der gesamte Feststoff 40 bis 60 Gewichtsprozent
anorganische Stoffe.
Wie oben erwähnt, wird der Papierschlamm mit Heizöl verknetet und das Heizöl wird
in flüssiger Form zugefügt. Das Kneten wird vorzugsweise bei normaler Temperatur
durchgeführt, allerdings steigt die Temperatur der Mischung im Mischer infolge des
Knetens. Deshalb wird einem Heizöl der Vorzug gegeben, das bei der oben
genannten Knettemperatur flüssig ist. In der Tat wird empfohlen, ein Heizöl zu
verwenden, das bei Temperaturen zwischen 10 und 80°C und vorzugsweise
zwischen Normaltemperatur und 60°C flüssig ist; (dies entspricht der kinematischen
Viskosität, die unten beschrieben wird). Zudem soll die kinematische Viskosität des
Heizöls mindestens 50 cSt und weniger als 170 cSt bei 50°C betragen (japanischer
Industriestandard). Wenn die kinematische Viskosität weniger als 50 cSt beträgt, ist
die verknetete Mischung schwer zu formen, und wenn sie mehr als 170 cSt beträgt,
muß das Heizöl auf eine hohe Temperatur erwärmt werden um es flüssig zu
machen, und dies wird nicht empfohlen, weil die Verfahrenssteuerung der
Einrichtung und die Qualitätskontrolle des Heizöls dabei kompliziert werden.
Für das oben genannte Heizöl können eine oder mehrere Ölsorten wie Schweröl der
Klasse A, B oder C, Anlaßöl und Maschinenaltöl verwendet werden. Es ist
insbesondere vorteilhaft, daß in der vorliegenden Erfindung schwefelarmes Schweröl
der Klasse C benutzt werden kann; beim Verbrennen des Papierschlamms kann die
ausgestoßene Menge an SOx reduziert werden, indem schwefelarmes Schweröl der
Klasse C verwendet wird; dies macht eine Entschwefelungseinrichtung für die
Verbrennung entbehrlich.
Was das oben genannte Gewichtsverhältnis von Papierschlamm zu Heizöl
anbelangt, wird ein Verhältnis von Heizöl zu festem Bestandteil des Papierschlamms
von 1 : 1,5 bis 1 : 9 bevorzugt. Der Grund hierfür ist, daß die verknetete Mischung
schwer zu formen ist, wenn das Gewichtsverhältnis unter 1 : 1,5 liegt, und daß
andererseits die verknetete Mischung schwer zu entzünden und zu verbrennen ist,
wenn das Gewichtsverhältnis über 1 : 9 liegt. Ein Gewichtsverhältnis zwischen 1 : 2 und
1 : 3,5 ist am günstigsten.
Nachdem der Papierschlamm wie oben erwähnt in der Kneteinrichtung 3 geknetet
wurde, wird er zu einer Brikettiereinrichtung 5 (einer Formeinrichtung) weitergeleitet
und zu Briketts (Formstücken) geformt. Somit wird der Papierschlamm zu Briketts
gemacht, und diese werden danach mit Hilfe einer Beförderungseinrichtung, wie z. B.
einem Förderband oder ähnlichem, automatisch in den Verbrennungsofen 7
transportiert. Dabei laufen die Briketts durch den Feuchtigkeitsregulierungsofen 6.
Der Wasseranteil des von der Papierfabrik 1 ausgestoßenen Papierschlamms
beträgt 50 bis 75 Gewichtsprozent des Papierschlamms als ganzem, im Durchschnitt
etwa 65 Gewichtsprozent. Wie in der später beschriebenen Ausführungsform
ersichtlich wird, ist es notwendig, den Wassergehalt auf 30 bis 50 Gewichtsprozent
zu regulieren, um Verbrennungsrückstände wie Rußpartikel oder ähnliches zu
minimieren. In der vorliegenden Erfindung wird der genannte Wassergehalt mit Hilfe
des feuchtigkeitsregulierenden Ofens 6 reguliert.
Die Temperatur der Briketts aus verknetetem Papierschlamm ist infolge des
Verknetens in der Kneteinrichtung 3 erhöht, dennoch ist klar, daß ihr Wassergehalt,
selbst wenn er etwas reduziert ist, den oben erwähnten optimalen Wassergehalt
grundsätzlich in vielen Fällen übersteigt. Deshalb wird gemäß der vorliegenden
Erfindung der Wassergehalt der Briketts mit Hilfe eines Temperatursensors 61, der
im Feuchtigkeitsregulierungsofen 6 angeordnet ist, regelmäßig gemessen, und die
Temperatur wird dadurch geregelt, daß die gemessenen Daten in einer
Zentraleinheit (CPU) verarbeitet werden und die Rate eines Luftstroms für den
Feuchtigkeitsregulierungsofen 6 eingestellt wird. Im Grunde kann die
Temperaturregulierung des Feuchtigkeitsregulierungsofens 6 nach einem beliebigen
Verfahren durchgeführt werden, es ist z. B. möglich, den
Feuchtigkeitsregulierungsofen 6 dadurch aufzuheizen, daß das Abgas vom später
beschriebenen Verbrennungsofen 7 in den Feuchtigkeitsregulierungsofen geleitet
wird. In diesem Fall kann die Temperatur des Feuchtigkeitsregulierungsofens 6 über
die Flußrate des ausgestoßenen Gases geregelt werden.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Feuchtigkeitsregulierungsofens 6 auf 150-250°C
reguliert. Unter 150°C besteht die Gefahr, daß der Wassergehalt der Briketts
nicht auf 30 bis 50 Gewichtsprozent reguliert werden kann; andererseits ist es
nachteilig, wenn die Temperatur 350°C übersteigt, weil das Öl in den Briketts
verdunsten könnte und die Briketts sich außerdem entzünden könnten.
Ferner beträgt die Zeit, in der die Briketts den Feuchtigkeitsregulierungsofen 6
durchlaufen, vorzugsweise 3 bis 5 Minuten. Wenn sie kürzer ist als 3 Minuten
besteht die Gefahr, daß der Wassergehalt der Briketts nicht auf 30 bis 50
Gewichtsprozent eingestellt werden kann, wenn sie andererseits mehr als 10
Minuten beträgt, muß der Feuchtigkeitsregulierungsofen 6 zu groß ausgelegt sein
und ist nicht praktisch.
Die Briketts mit auf diese Weise eingestelltem Wassergehalt müssen so angeordnet
werden, daß sie kontinuierlich in den Verbrennungsofen 7 eingespeist werden
können. Der Verbrennungsofen 7 ist mit einem Kessel 8 ausgestattet, und der
Dampf, der in diesem Kessel 8 erzeugt wird, wird einer Turbine 9 zugeführt, um zur
Erzeugung von elektrischem Strom genutzt zu werden, der wiederum von der Fabrik
verwendet wird.
Darüber hinaus wird das Abgas, nachdem ein Teil seiner Wärme im Kessel
verwendet wurde, ferner zum Heizen des Feuchtigkeitsregulierungsofens 6 und
außerdem zum Wärmeaustausch zwischen einem Luftvorwärmer 10 und Primärluft
(Luft, die dem Verbrennungsofen 7 zugeführt wird) verwendet und über einen
Staubfänger 11 durch einen Schornstein 12 ausgestoßen (wobei außerdem eine
Einrichtung zum Entschwefeln vorgesehen sein kann).
Die Verbrennungsasche wird in einem hinteren Teil des Verbrennungsofens
aufbewahrt und von dort entnommen. Unverbranntes brennbares Material fällt auf
den Boden unter dem Rost des Verbrennungsofens 7 und wird dort angesammelt.
Solches unverbranntes brennbares Material wird zu 0,1 bis 3 Gewichtsprozent der
Briketts (fester Brennstoff) erzeugt und kann der Kneteinrichtung 3 wieder zugeführt
werden. Indem das unverbrannte brennbare Material der Kneteinrichtung 3 wieder
zugeführt wird, wird es nicht als Abfall behandelt, statt dessen wird die
Entzündlichkeit und Verbrennungseffizienz der Briketts verbessert; darüber hinaus
hat das unverbrannte brennbare Material einen geringen Wasseranteil und hohe
Temperatur, deshalb hat es den Vorteil, daß es den Wassergehalt der verkneteten
Mischung als Brennstoff verringert.
Auf diese Weise kann der Wassergehalt des Papierschlamms mit Hilfe des
Feuchtigkeitsregulierungsofens 6 und durch Zugabe des unverbrannten brennbaren
Materials in die Kneteinrichtung 3 fast auf den Idealwert eingestellt werden. Wenn
der Papierschlamm jedoch einen sehr hohen Wassergehalt hat, kann hervorragende
Verbrennungsasche dadurch produziert werden, daß z. B. eine Calciumverbindung
wie gelöschter Kalk und Calciumcarbonat aus einem Behälter 14 für
Calciumverbindungen in die Kneteinrichtung 3 gegeben wird, um den Wassergehalt
zu verringern.
Solch eine Einrichtung hat den Vorteil, daß sie fast automatisch und kontinuierlich
betrieben werden kann, daß sie dadurch, daß sie mit der Papierfabrik kombiniert ist,
der Papierfabrik gestattet, Energie aus der Einrichtung zu gewinnen, und daß sie es
ferner erlaubt, Papierschlamm effektiv zu verbrennen. Somit werden die organischen
Bestandteile (Cellulose oder ähnliches) im Papierschlamm fast vollkommen
verbrannt. Daher hat diese Einrichtung den Vorteil, daß sie Verbrennungsasche von
guter Qualität produziert, ohne Verbrennungsrückstände wie Graphit und Ruß zu
erzeugen. Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden beschrieben.
Papierschlamm, bestehend aus 60 Gewichtsprozent Wasser und 40
Gewichtsprozent Feststoff (bestehend aus 50 Gewichtsprozent Cellulose und 50
Gewichtsprozent anorganischen Stoffen), wurde für 5 Minuten in einem
Innenmischer (Banbury-Mischer) geknetet. Danach wurde unter schrittweiser Zugabe
von schwefelarmem Schweröl der Klasse C zum Papierschlamm das Kneten für 20
Minuten fortgesetzt, so daß das Verhältnis von Heizöl zu festem Anteil des
Papierschlamms 1 : 2 betrug.
Die erhaltene verknetete Mischung wurde zu Briketts mit 15 mm Durchmesser und
50 mm Länge geformt und diese wurden für 3 Minuten im auf 250°C eingestellten
Feuchtigkeitsregulierungsofen erhitzt, um ihren Wassergehalt auf etwa 41
Gewichtsprozent zu regulieren, und danach wurden sie zum Verbrennen in den
Verbrennungsofen geworfen.
Es wurde herausgefunden, daß die Briketts ungefähr 2000 kcal/kg
Verbrennungsenergie erzeugen können und daß sie als Brennstoff genutzt werden
können. Darüber hinaus waren die Verbrennungsrückstände fast weiß und man
fand, daß die Verbrennungsrückstände aus 17,1% CaO, 43,2% SiO2, 25,7%
Al2O3, 10,2% MgO und 0,99% Fe2O3 bestanden (Bestandteile in Gewichtsprozent),
0,06 Gewichtsprozent unverbranntes brennbares Material enthielten und daß die
Briketts fast perfekt verbrannt waren.
Die Verbrennungsrückstände bestanden aus porösem kiesartigem oder sandartigem
weißgrauem Material und hatten einen kleinen Anteil unverbrannten Brennstoffes (3
bis 5 Gewichtsprozent im Falle von herkömmlicher trockener Verbrennung), man
fand, daß sie basisch waren mit einem pH-Wert von ungefähr 12 und daß sie als
Bodenverbesserungsmittel oder Bodenverfestiger verwendet werden können, weil
sie porös sind und ausgezeichnet Wasser aufnehmen können sowie sehr hydrophil
sind.
Als nächstes wurden Entzündlichkeitstests durchgeführt, indem der Wassergehalt
der Briketts (Formstücke) variiert wurde. Die Güte der Entzündlichkeit wurde durch
Untersuchung von Kriterien wie Flammenfarbe, Qualmentwicklung (Ruß),
Verbrennungsrate oder ähnlichem beurteilt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle unten
gezeigt.
Die Tabelle oben hat unerwarteterweise gezeigt, daß geringerer Wassergehalt nicht
immer zu besserer Brennbarkeit führt, sondern daß die Brennbarkeit bei einem
gewissen Wassergehalt zufriedenstellender ist. Vermutlich liegt dies daran, daß
Wasserstoff und Kohlenmonoxid durch Wassergasreaktion erzeugt werden.
Wie oben erklärt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Papierschlamm zu
einer formbaren Paste gemacht, indem eine vorgeschriebene Menge flüssigen
Heizöls unter Kneten zugeführt wird, Verbrennungsrückstände der Kneteinrichtung
wieder zugeführt werden und der Papierschlamm weiter geknetet wird. Da außerdem
die Paste zu einer vorgeschriebenen Form geformt wird, z. B. einer Stangenform, und
der Wassergehalt der geformten Stücke mit Hilfe des Feuchtigkeitsregulierungsofens
zum Zeitpunkt des Verbrennens der geformten Stücke reguliert ist, werden die
organischen Substanzen (Cellulose oder ähnliches) fast vollkommen verbrannt.
Folglich hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß sie Verbrennungsasche von
guter Qualität produzieren kann, ohne Verbrennungsrückstände wie Graphit oder
Ruß zu erzeugen.
Claims (9)
1. Einrichtung zur Produktion von Verbrennungsasche aus cellulosehaltigem
Abfall, umfassend eine Kneteinrichtung (3) zum Verkneten des
cellulosehaltigen Abfalls mit einer gegebenen Menge flüssigen Heizöls, einen
Brennstofftank (4) zur Aufbewahrung des Heizöls und Zufuhr des Heizöls in
die Kneteinrichtung (3), eine Formeinrichtung (5) zum Formen der Mischung
und einen Verbrennungsofen (7) zum Verbrennen der geformten Stücke,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Feuchtigkeitsregulierungsofen (6) zur
Regulierung des Wassergehalts der geformten Stücke auf 30-50
Gewichtsprozent zwischen der Formeinrichtung (5) und dem
Verbrennungsofen (7) angeordnet ist.
2. Einrichtung Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil des
cellulosehaltigen Abfalls zu 97 bis 35 Gewichtsprozent aus Cellulose und zu 3
bis 65 Gewichtsprozent aus anorganischen Stoffen besteht und daß der
cellulosehaltige Abfall einen Wassergehalt von 50 bis 75 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht des cellulosehaltigen Abfalls, hat.
3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
kinematische Viskosität des Heizöls 50-170 cSt bei 50°C beträgt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gewichtsverhältnis von Heizöl zu cellulosehaltigem Abfall, d. h. Heizöl zu
Feststoffanteil des cellulosehaltigen Abfalls 1 : 1,5 bis 1 : 9 beträgt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
im Verbrennungsofen (7) erzeugte Verbrennungsrückstände
(Verbrennungsasche eingeschlossen), die unverbranntes brennbares Material
enthalten, der Kneteinrichtung (3) wieder zugeführt werden.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatur des Feuchtigkeitsregulierungsofens (6) durch Verwendung
von Abgas des Verbrennungsofens (7) regulierbar ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Vorheizvorrichtung (10) zum Wärmeaustausch zwischen Abgas aus dem
Verbrennungsofen (7) und der für die Verbrennung zugeführten Luft
angeordnet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verbrennungsofen (7) mit einem Kessel (8) versehen ist und die vom
Kessel (8) erzeugte Wärme zur Stromerzeugung verwendet wird.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Calciumverbindung in die Kneteinrichtung eingebracht wird.
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