DE19616677A1 - Stove for recycling refuse - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen durch DE 43 38 985 C2 bekannten, mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen gefeuerten Herd-Schacht-Ofen zur Anwendung in der Reststoffverwertung. Der in DE 43 38 985 C2 dargestellte Herdschacht-Ofen wird derzeitig zum Schmelzen und Überhitzen von eisenmetallischen Werkstoffen, insbesondere von Gußeisen, eingesetzt, wobei die während des Schmelz- und Überhitzungsprozesses entste henden unverbrannten Gichtgasbestandteile vollständig nach verbrannt werden und im Abgas eine minimierte NOx-Emission entsteht. Erreicht wird dies dadurch, daß die Brennkammer eines Sauerstoff-Gas- oder Sauerstoff-Öl-Brenners über eine Gasleitung mit einer Ofengasabsaugeinrichtung, die unterhalb der maximalen Schüttsäulenhöhe angeordnet ist, verbunden ist. Damit kann eine Teilmenge des Ofengases mit Temperaturen <400°C als Kreislaufgas im Herd-Schacht-Ofen geführt werden. Das über die metallurgischen Reaktionen in der Schüttsäule oberhalb des wassergekühlten Halterostes entstehende Ofengas ist CO-, CO₂- und wasserdampfhaltig. Die aus der Verbrennung der Mischung von Gas oder Öl und Kreislaufgas im Brenner resultierenden heißen Verbrennungsgase werden im Bereich der Brennerebene, die sich unterhalb des wassergekühlten Haltero stes und oberhalb der im Herd gesammelten Schmelzmenge befin det, dem Herd-Schacht-Ofen wieder zugeführt. Auf Grund des ausschließlichen Einsatzes von Sauerstoff und des damit fehlenden Anteiles Luftstickstoff bei der Umsetzung des fluiden bzw. gasförmigen Brennstoffes im Brenner sowie der gleichzeitig einsetzenden Kühlwirkung des im Vergleich zum Brennergas kalten Kreislaufgases, womit wiederum eine Reduzierung der Mischtemperatur des Brennergases bewirkt wird, ist die temperaturabhängige NOx-Bildung und somit die NOx-Beladung des in den Ofen eintretenden Brennergases minimiert. Dementsprechend ist die NOx-Emission des Teilstromes von unterhalb der maximalen Schüttsäulenhöhe nicht abgezogenen und weiter der Entstaubung und Gaswirt schaft zugeführten Abgase ebenfalls minimiert. Mit der Redu zierung der Brennergastemperaturen über die Mischung von Kreislaufgas mit den Brennergasen erfolgt gleichzeitig eine Verringerung des ebenfalls temperaturabhängigen und bei ca. 1700°C beginnenden Dissoziationsverhaltens der Gaskomponen ten H₂O, CO₂ und CO, wodurch das oxidierende Verhalten der Brenner-/Ofengase im Herd und im Schacht in der Schüttsäule eingeschränkt wird. Weiterhin ist mit der Absaugung des Ofengases unterhalb der maximalen Schüttsäulenhöhe im Schacht eine wesentliche Verringerung des Volumenstromes der Abgas menge von öl- oder gasbeheizten Herd-Schacht-Öfen verbunden. Dieser kokslos betriebene Herd-Schacht-Ofen garantiert somit eine umwelttechnisch unbedenkliche, kostengünstige, kontinu ierliche und sichere Durchführung des Schmelzens und Über hitzens von eisenmetallischen Werkstoffen. Beim Aufschmelzen, Verschlacken und Überhitzen von Reststoffen, wie z. B. von Kunststoffen, Leichtshredder, Großstadtmüll und dgl., ist in kokslos betriebenen Herd-Schacht-Öfen kein vollständiges Ausbrennen der Prozeßgase möglich.The invention relates to a hearth-shaft furnace known from DE 43 38 985 C2, which is fired with liquid or gaseous fuels, for use in waste material recycling. The hearth shaft furnace shown in DE 43 38 985 C2 is currently used for melting and overheating ferrous metal materials, in particular cast iron, the unburned blast furnace gas components arising during the melting and overheating process being completely combusted and a minimized NO x in the exhaust gas -Emission arises. This is achieved in that the combustion chamber of an oxygen-gas or oxygen-oil burner is connected via a gas line to a furnace gas suction device which is arranged below the maximum height of the pouring column. This means that a portion of the furnace gas with temperatures <400 ° C can be circulated in the hearth-shaft furnace. The furnace gas generated via the metallurgical reactions in the bulk column above the water-cooled holding grate contains CO, CO₂ and water vapor. The hot combustion gases resulting from the combustion of the mixture of gas or oil and recycle gas in the burner are fed back to the stove-shaft furnace in the region of the burner level, which is below the water-cooled Haltero stes and above the amount of melt collected in the stove. Due to the exclusive use of oxygen and the lack of atmospheric nitrogen in the conversion of the fluid or gaseous fuel in the burner, as well as the simultaneous cooling effect of the circulating gas, which is cold in comparison to the burner gas, which in turn brings about a reduction in the mixing temperature of the burner gas Temperature-dependent NO x formation and thus the NO x loading of the burner gas entering the furnace are minimized. Accordingly, the NO x emission of the partial flow from below the maximum height of the pouring column is not deducted and further supplied to the dedusting and gas economy also minimized. With the reduction of the burner gas temperatures via the mixture of recycle gas with the burner gases, there is a simultaneous reduction in the temperature-dependent dissociation behavior of the gas components H₂O, CO₂ and CO, which begins at approx. 1700 ° C, which causes the oxidizing behavior of the burner / furnace gases in the stove and is restricted in the shaft in the pouring column. Furthermore, the extraction of the furnace gas below the maximum height of the chute in the shaft is associated with a substantial reduction in the volume flow of the flue gas quantity from oil-or gas-heated stove-shaft furnaces. This coke-free stove-shaft furnace thus guarantees environmentally friendly, cost-effective, continuous and safe execution of melting and overheating of ferrous metal materials. When melting, slagging and overheating residues, such as. B. of plastics, light shredders, urban waste and the like. In coke-free stove-shaft ovens, it is not possible to completely burn out the process gases.
Damit werden die Umweltschutzgrenzwerte für die Emission von Schadstoffen immer überschritten.The environmental protection limits for the emission of Pollutants always exceeded.
Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, den durch DE 43 38 985 C2 bekannten Herd-Schacht-Ofen, der ein umwelt technisch unbedenkliches Schmelzen und Überhitzen von eisenmetallischen Werkstoffen garantiert, zum Aufschmelzen, Verschlacken und Überhitzen von Reststoffen, wie von Kunst stoffen, Leichtshredder, Großstadtmüll und dgl., nutzbar zu machen.The invention is therefore based on the problem caused by DE 43 38 985 C2 known stove-shaft furnace, which is an environmentally technically harmless melting and overheating of guaranteed iron-metallic materials, for melting, Slagging and overheating of residues, such as art substances, light shredders, city garbage and the like, usable do.
Erreicht wird dies dadurch, daß der Schachtofen zur Anwendung des Anspruchs (1) in der Reststoffverwertung eingesetzt wird und zwischen Sauerstoff-Brennstoff-Brenner und wasser gekühltem Halterost eine Ofengasabsaugöffnung installiert ist, die über eine Schockkühlung in eine Gaswirtschaft führt.This is achieved by using the shaft furnace of claim (1) is used in waste recycling and between oxygen fuel burner and water a chilled holding grate installed a furnace gas exhaust opening is, which leads to a gas economy via blast cooling.
Die Vorteile bestehen darin, daß dieser Herd-Schacht-Ofen eine energetisch und damit kostenmäßig effektive Reststoff verwertung mit sehr geringen Schadstoffemissionen sichert und die Produktion eines sauberen, zur weiteren energetischen und chemischen Nutzung geeigneten Synthese-Gases ermöglicht. Zur Verwertung von Reststoffen ist der Herd-Schacht-Ofen beispielsweise mit Großstadtmüll, Leichtshredder, Kunststoffen oder dgl. zu beschicken. Dieses Einsatzmaterial sinkt dann bei sukzessiver Erwärmung, Entgasung und Vergasung im Ofenschacht von oben nach unten. Gleichzeitig steigt der verbrannte primäre Brennstoff <Erdgas oder Öl oder C-Staub) als CO₂ und H₂O mit Temperaturen von <2000°C von unten nach oben und heizt dabei das auf dem Halterost liegende (keramische) Bettmaterial auf, wobei mit dem Verbrennen der Brennstoffe in der Schüttung die Mineralien und Metalle aufschmelzen. In der Schüttung laufen folgende Reaktionen ab:The advantages are that this stove-shaft furnace an energetic and therefore cost effective residue recycling with very low pollutant emissions the production of a clean, for further energetic and chemical use of suitable synthesis gas. For Recycling of residual materials is the stove-shaft furnace for example with urban waste, light shredders, To load plastics or the like. This feed then decreases with successive heating, degassing and gasification in the furnace shaft from top to bottom. At the same time, the primary fuel burned <natural gas or oil or carbon dust) as CO₂ and H₂O with temperatures of <2000 ° C from below at the top, heating what is lying on the support grid (ceramic) bed material, with the burning of the Fuels in the bulk of the minerals and metals melt. The following reactions take place in the bed:
CO₂ (g) + C <g) → 2 CO (g)
H₂O (g) + C (g) → CO (g) + H₂.CO₂ (g) + C <g) → 2 CO (g)
H₂O (g) + C (g) → CO (g) + H₂.
Dies bedeutet, daß sich in der Schüttung ein gutes Brenngas entwickelt hat. Die Spurengase (SO₂, NOx, usw.) sind ver nachlässigbar. Das Brenngas sowie die aus der Entgasung und Vergasung des Einsatzmaterials entstehenden Gase werden dann oberhalb der Schüttung abgezogen und der Brennkammer eines unterhalb des Halterostes liegenden Sauerstoffbrenners wieder zugeführt. Mit zunehmender Laufzeit des Ofens tritt eine zeit- und diffusionsabhängige Verkokung des stückigen Einsatzmaterials ein. Dies führt zum sukzessiven Absinken dieser Verkokungsprodukte bis in den Rostbereich. Hier wirken diese als Reduktionspotential und Brennstoff. Dadurch ent steht der Vorteil, daß ein gewisses Reduktionspotential bereits prozeßintern gebildet wird und nicht extern aufgebaut werden muß. Ebenfalls ist durch das sehr hohe Brennstoffange bot der Einsatz des primären Energieträgers (Erdgas, Öl, C-Staub) reduzierbar bzw. vollständig substituierbar. Die Reststoffverwertung in einem Herd-Schacht-Ofen nach DE 43 38 985 C2 trägt sich damit über den Energiegehalt der Reststoffe selbst. Nachstehend soll die Erfindung am Beispiel der Ver wertung von Restmüll in einem in der zugehörigen Zeichnung dargestellten, mit Erdgas gefeuerten Herd-Schacht-Ofen näher erläutert werden.This means that a good fuel gas has developed in the bed. The trace gases (SO₂, NO x , etc.) are negligible. The fuel gas and the gases resulting from the degassing and gasification of the feed material are then drawn off above the bed and fed back into the combustion chamber of an oxygen burner located below the holding grate. As the furnace runs longer, coking of the lumpy feedstock occurs depending on the time and diffusion. This leads to the gradual sinking of these coking products down to the rust area. Here they act as reduction potential and fuel. This has the advantage that a certain reduction potential is already formed within the process and does not have to be built up externally. The use of primary energy sources (natural gas, oil, C-dust) can also be reduced or completely substituted due to the very high fuel supply. The recycling of residues in a hearth-shaft furnace according to DE 43 38 985 C2 thus bears on the energy content of the residues themselves. The invention is illustrated below using the example of recycling residual waste in a stove-shaft fired with natural gas and shown in the accompanying drawing -Ovens are explained in more detail.
Die Zeichnung zeigt, daß die Brennkammer 11 eines Sauerstoff- Erdgas-Brenners über eine Gasleitung 12 mit der oberhalb der maximalen Schüttsäulenhöhe 9 angeordneten Ofengasabsaugein richtung 4 verbunden ist. Die Zuführung des Brennstoffes Erdgas und des Sauerstoffes erfolgt direkt zum Brenner durch die Leitungen 6; 7. Oberhalb des Sauerstoff-Erdgas-Brenners und unterhalb des wassergekühlten Halterostes 5 ist eine Ofengasabsaugung 1 installiert, die über eine nicht dargestellte Schockkühlung in eine Gaswirtschaft 13 führt. Die Begichtungsöffnung 2 ist mit dem Schrägaufzugskübel 14 der Gattierung gekoppelt. Zum Anfahren des Herd-Schacht-Ofens, der einen oberen Schachtdurchmesser von 800 mm und einen unteren Schachtdurchmesser von 1050 mm hat, werden mittels des Sauerstoff-Erdgas-Brenners 100 m³ Erdgas (Hu = 11940 kcal/kg) mit 198 m³ Sauerstoff vollständig, d. h. mit einem Lambda = 1, verbrannt. Dabei entstehen dissoziati onsbedingt Gastemperaturen größer 2000°C, die zum Vorheizen des Herd-Schacht-Ofens und des Bettmaterials oberhalb des wassergekühlten Halterostes 5 genutzt werden. Im Anschluß an den technologisch notwendigen Aufheizvorgang zur Herstellung der Betriebsbereitschaft des Ofens erfolgt durch den Schräg aufzugskübel 14 das satzweise Gattieren von 1000 kg/h feuch tem Restmüll(ca. 700 kg Trockensubstanz mit Hu = 3583 kcal/kg und 80 kg Kalkstein als Flußmittel). Der Restmüll als Troc kensubstanz hat eine Zusammensetzung von:The drawing shows that the combustion chamber 11 of an oxygen-natural gas burner is connected via a gas line 12 to the furnace gas suction device 4 arranged above the maximum height of the column 9 . The natural gas and oxygen are fed directly to the burner through lines 6 ; 7 . A furnace gas extraction system 1 is installed above the oxygen-natural gas burner and below the water-cooled holding grate 5 , which leads into a gas economy 13 via a shock cooling system (not shown). The inspection opening 2 is coupled to the inclined elevator bucket 14 of the genus. To start up the hearth-shaft furnace, which has an upper shaft diameter of 800 mm and a lower shaft diameter of 1050 mm, 100 m³ of natural gas (Hu = 11940 kcal / kg) are completely filled with 198 m³ of oxygen using the oxygen-natural gas burner, ie with a lambda = 1, burned. This causes dissociation-related gas temperatures greater than 2000 ° C, which are used to preheat the hearth-shaft furnace and the bed material above the water-cooled grate 5 . Following the technologically necessary heating process to make the stove ready for operation, the inclined bucket 14 is used to accumulate 1000 kg / h of moist residual waste (approx. 700 kg dry matter with Hu = 3583 kcal / kg and 80 kg limestone as a flux) . The residual waste as a dry substance has a composition of:
3,65% Fe
4,50% H₂
25,00% SiO₂
0,80% Fe₂O₃
34,00% C
16,00% O₂
2,00% Al₂O₃
1,00% MnO
0,40% S
0,75% N₂
10,00% CaO
0,70% Cl
1,00% MgO.3.65% Fe
4.50% H₂
25.00% SiO₂
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34.00% C
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1.00% MnO
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0.70% Cl
1.00% MgO.
Die entstehende Ofengasmenge von 344 Nm³/t (800°C) wird durch die Wirkung des Sauerstoff-Erdgas-Brenners und der Ofengasabsaugeinrichtung 4 als Kreislaufgas abgezogen und durch die Gasleitung 12 der Brennkammer 11 des Brenners dem Ofen wieder zugeführt. Bei stabilen Prozeßparametern und bei einer thermischen Umsetzung mit einer Lambda <1 geregelten Luftzufuhr über die Luftdüsen 3, mit rd. 530 m³ O₂ und 1253 Nm³/t Kreislaufgas entstehen durch den realisierbaren Ener gieeintrag von 2894 kWh dissoziationsbedingt Temperaturen <2000°C. Damit kann der beim Anfahren erforderliche Erd gaseinsatz auf Null reduziert werden. Der Herd-Schacht-Ofen wird durch den Sauerstoff und das Kreislaufgas selbstgängig. Die als Abgasmenge entstehende Ofengasmenge von 1253 Nm³ wird mit ca. 4 m/s in eine nicht dargestellte Schockkühlung und weiter in die Gaswirtschaft 13 abgezogen, wo die Kondensation des Wasserdampfes zu rd. 96% erfolgt, so daß ca. 558 Nm³ Abgas mit 2,85% O₂, 8,70% N₂, 82,95% CO₂ und 5,50% H₂O entstehen. Durch diesen Verwertungsprozeß entstehen ebenfalls 30 kg eisenmetallische Schmelze sowie 315 kg Schlacke mit 56,00% SiO₂, 4,50% Al₂O₃, 35,00% CaO, 2,23% MgO, 0,05% Fe₂O₃ und 2,21% MnO.The resulting amount of furnace gas of 344 Nm³ / t (800 ° C) is withdrawn by the action of the oxygen-natural gas burner and the furnace gas suction device 4 as a cycle gas and fed back to the furnace through the gas line 12 of the combustion chamber 11 of the burner. With stable process parameters and with a thermal implementation with a lambda <1 regulated air supply via the air nozzles 3 , with approx. 530 m³ O₂ and 1253 Nm³ / t cycle gas are generated by the achievable energy input of 2894 kWh due to dissociation temperatures <2000 ° C. This means that the amount of natural gas required when starting off can be reduced to zero. The stove-shaft furnace becomes self-sufficient due to the oxygen and the cycle gas. The amount of kiln gas produced as exhaust gas amount of 1253 Nm³ is withdrawn at approx. 4 m / s into a shock cooling system, not shown, and further into the gas economy 13 , where the condensation of the water vapor is approx. 96% takes place, so that about 558 Nm³ of exhaust gas with 2.85% O₂, 8.70% N₂, 82.95% CO₂ and 5.50% H₂O arise. This recycling process also produces 30 kg of ferrous metal melt and 315 kg of slag with 56.00% SiO₂, 4.50% Al₂O₃, 35.00% CaO, 2.23% MgO, 0.05% Fe₂O₃ and 2.21% MnO.
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