DE2364950A1

DE2364950A1 - Sauerstoff-abfallkonverter

Info

Publication number: DE2364950A1
Application number: DE2364950A
Authority: DE
Inventors: John Erling Anderson
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1973-12-28
Publication date: 1974-07-11
Also published as: FR2212515B1; AU6403073A; MY7800282A; ZA739743B; HK23878A; GB1458220A; FR2212515A1; CA1030764A; BR7310210D0; IT1000407B; US3801082A; ES421841A1; JPS5142434B2; JPS4998070A; NL7317796A

Description

PATENTANWALT DiPL.-INC. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32

28.0ez.1973

L-9O98-G

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N=Y, 1OO17, V,St.A.

Sauerstoff-Abfallkonverter

Die Erfindung befaßt sich mit der Beseitigung von festem Abfall und betrifft insbesondere einen schachtofenartigen Konverter, mittelsdessen feste Abfallstoffe in nutzbare gasförmige Produkte und einen inerten festen Rückstand umgewandelt werden können.

Abfallbeseitigungsanlagen haben in den letzten Jahren große Beachtung erfahren. Dabei wurden Versuche unternommen, Abfallstoffe verschiedenster Zusammensetzung zu nutzbaren oder mindestens leicht beseitigbaren Rückstandsstoffen zu verarbeiten. Ein Verfahren zum Umwandeln von brennbaren Stoffen in ein nutzbares Gas sowie von nicht brennbaren Stoffen in geschmolzenes Metall und in Schlacke in einem aufrechtstehenden Schachtofen, dem oben fester Abfall und unten Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft zugeführt werden, ist Gegenstand der älteren Anmeldung P 22 33 498.1, auf die vorliegend Bezug genommen wird.

Herkömmliche Schachtofen eignen sich zur Durchführung eines Abfallumwandlungsprozesses der in der genannten älteren Anmeldung beschriebenen Art nicht. Während des normalen Betriebes des Abfall-

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FERNSPRECHER: 0811/6012039 · KABEL: ELECTR1CPATENT MÜNCHEN

Umwandlungsprozesses werden in Längsrichtung des Ofens drei Arbeit.szonen ausgebildet, die sich jeweils hinsichtlich der Arbeitstemperatur, des Massendur.chsatzes und der. Zusammensetzung der durchlaufenden Stoffe in ausgeprägter Weise voneinander· unterscheiden. Beispielsweise liegt in der am unteren Ende des Ofens befindlichen Verbrennungs- und Schmelzzone, die vorliegend kurz als Feuerraum bezeichnet wird, die erforderliche Temperatur über dem Schmelzpunkt. von Glas und metallischen Stoffen, d. h. im allgemeinen in der Größenordnung von 165O C. Dementsprechend sind eine hohe Wärmeübergangsgeschwindigkeit und eine kleine Querschnittsfläche im Feuerraum erforderlich. Was andererseits die im oberen Teil des Ofens befindliche Trockenzone anbelangt, so sollte das Produktgas der. Ofen mit einer möglichst niedrigen Temperatur verlassen, vorzugsweise mit einer Temperatur in der Größenordnung von 93 C. Eine derart niedrige Temperatur stellt sicher, daß nur eine sehr· kleine Energiemenge an die Umgebung in Form von fühlbarer Wärme verlorengeht. Außerdem muß die Geschwindigkeit des den Ofen verlassenden Produktgases hinreichend niedrig sein, um ein übermäßiges Mitreißen von Flugasche in dem Gas zu verhindern. Infolgedessen ist am oberen Ende des Ofens eine Querschnittsfläche erforderlich, die groß bezüglich der am unteren Ende des Ofens vorzusehenden Querschnittsfläche ist. Ein Ofen mit von oben nach unten abnehmender· Querschnittsfläche ist jedoch ungünstig, weil der nach unten rutscnende Abfall in einem sich nach unten zusammenziehenden, sich konisch verjüngenden Abschnitt zur Brückenbildung bzw. zum Hängenbleiben neigt. Dieses Problem kann in extremen Fällen zu einer vollständigen Unterbrechung des Ofenbetriebs führen. Außerdem sind herkömmliche Schacht-

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öfen so ausgelegt, daß sich die Betriebsleistung des Ofens mit der Massenstromdichte des Abfalls ändert. Das heißt, die Prozeßleistung ist bei verhältnismäßig geringen Beschickungsmengen wesentlich kleiner als bei der vorgesehenen oder Nennkapazität. Infolgedessen ist es mit herkömmlichen Öfen nicht möglich, für einen stabilen und leistungsfähigen Langzeitbetrieb insbesondere innerhalb des weiten Bereichs an Arbeitsbedingungen zu sorgen, der normalerweise bei der Umwandlung von festen Abfallstoffen in nutzbare gasförmige Verbrennungsprodukte angetroffen wird.

Außerdem wird an einen Hochtemperatur-Abfallkonverter die Anforderung gestellt, daß schmelzflussiges Metall und Schlacke aus dem Feuerraum kontinuierlich abgestochen werden können, wenn mit einem Überdruck gearbeitet wird. Dabei soll vorzugsweise mit einem nicht eingetauchten Stichloch gearbeitet werden. Um einen ständigen Abfluß an geschmolzenem Rückstand aus dem Stichloch aufrechtzuerhalten, muß das Stichloch hinreichend heiß gehalten werden, so daß der Rückstand (in der Hauptsache aus Metall und/oder Schlakke bestehend) im Feuerraum geschmolzen bleibt und der schmelzflüssige Strom vom Feuerraum in ein Auffanggefäß gelangen kann, ohne vorzeitig zu erstarren. Normalerweise werden Stichlöcher dadurch offengehalten, daß die mittels eines mit Vorvermischung arbeitenden Sauerstoff-Brennstoff-Brenners erzeugten Flammen auf das Stichloch gerichtet werden. Wenn jedoch der Abfallkonverter unter Überdruck arbeitet, sind das Stichloch und das anschließende Gefäß, in das der schmelzflüssige Rückstand austritt, vorzugsweise abgeschlossen, um zu verhindern, daß das Stichloch mit der um-

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gebenden Atmosphäre in Verbindung kommt, so daß das Stichloch in dem bevorzugten nicht eingetauchten. Betriebszustand arbeiten kann. Infolgedessen arbeitet der Brenner in einer sauerstoffarmen Atmosphäre (im allgemeinen weniger als 5 % Sauerstoff), was zusammen mit dem Erfordernis, dem Vormischbrenner ein Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch zuzuführen, das weniger Sauerstoff enthält, als' dies dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, die von der Brennerflamme zur Verfügung gestellte Wärmemenge infolge der verhältnismäßig großen Mengen an darin enthaltenem unverbranntem Brennstoff weitgehend beschränkt.

Das kontinuierliche Abstechen von schmelzflüssigem Metall und von Schlacke führt zu weiteren Problemen im Hinblick auf das Stichloch. Für ein befriedigendes kontinuierliches Abstec.hen erwies es sich als nützlich, eine feuerfeste Gießschnauze vorzusehen, die von der Unterkante des Stichlochs aus nach außen bis geringfügig über den Ofenmantel vorsteht, so daß die Schmelze nicht auf dem Mantel erstarrt, sondern unmittelbar in einen Abschrecktank oder eine Form gelangt. Ein herkömmliches feuerfestes Stichloch führt zu einer Erosion der Gießschnauze, was die Ausbildung einer am Brennermantel anhaftenden unregelmäßigen erstarrten Schicht aus geschmolzener Schlacke zur Folge hat. Das Stichloch und der Brennerraum des Ofens müssen infolgedessen in spezieller Weise ausgebildet sein, so daß der schmelzflüssige Rückstand in im wesentlichen kontinuierlicher und wirksamer Weise in ein in der Nähe angeordnetes Abschreckmedium oder in eine zweckentsprechende Form eingeleitet werden kann.

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Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Schachtofen zu schaffen, der sich besonders als Hochtemperatur-Sauerstoff-Abfallkonverter eignet. Es soll ferner ein Abfallkonverter geschaffen werden, der mit Überdruck arbeiten kann und der an seinem oberen Abschnitt ein Gas mit verhältnismäßig niedriger Temperatur sowie an seinem unteren Abschnitt einen schmelzflüssigen Rückstand kontinuierlich abgeben kann.

Eine Vorrichtung zum Beseitigen von Abfall durch Umwandeln des Abfalls in nutzbare gasförmige Produkte und einen inerten festen Rückstand ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen aufrechtstehenden, doppelpyramidenstumpfförmigen Metallschacht, der sich in Richtung auf zunehmend kleinere Querschnittsflachen sowohl an seinem oberen als auch an seinem unteren Ende verjüngt und der in seinem oberen Abschnitt eine Trockenzone, in seinem unteren Abschnitt einen Feuerraum sowie eine zwischen der Trockenzone und dem Feuerraum liegende thermische Zerlegungszone bildet, wobei die Querschnittsfläche am unteren- Ende des Feuerraums gleich oder kleiner als der durch die Formel

A = O.O128 R
gegebene Wert ist, wobei

A = Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums in m und

■ R= Abfallbeschickungsmenge in t/Tag; durch eine Einrichtung zum Einspeisen eines sauerstoffhaltigen Gases in den Feuerraum; durch eine dampfdichte Einrichtung zum Beschicken des oberen Abschnitts des Schachtes mit Abfall zwecks

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Ausbildung eines Abfall bett es ,, wöbe] me Querschni* ts f:acns des Schachtes in der Höhe der Oberseite des Abfallbettes mindestens gleich dem sich" aus der Formel

B-R (0,0174 -i O»OO235 5 ^~ ) ergebenden Wert ist, wobei

B = Querschnittsf lache in m" .,

P - % Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas und R = Abfallbeschickungsmer.ge in t/Tag;

durch eine mit dem oberen Abschnitt, des Schachtes in Verbindung stehende Leitungsanordnung zum Abführen der gebildeten gasförmigen Produkte; durch ein mit aem Feuerraum in Verbindung stehendes Stichloch, über das geschmolzener Rückstand aus dem Feuerraum abführbar ist und dessen Querschnitts fläche einen Wert hat, der größer als der durch die Formel

C =■- O,O25 RX
definierte Wert ist, wobei

C = Querschnittsflache des Stichlochs in cm , R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag und

X = Anteil an Metall, Glas, Asche und ähnlichen hochschmelzenden Stoffen im.Abfall in %

wobei das Stichloch mit einer von seiner Unterkante nach außen vorstehenden Gießschnauze zur Führung des durch das Stichloch austretenden schmelzflüssigen Rückstandes versehen ist; durch eine Auffangeinrichtung, die den austretenden schmelzflüssigen Rückstand aufnimmt und erstarren läßt, sowie durch eine Anordnung zum

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- 7 Abführen des erstarrten Rückstandes aus der Au^fangeinriehtung.

Entsprechend einer bevorzugten Ausfünrungsform der Erfindung weist der Abfallkonverter Mittel auf, aie es erlch/b-er, den Schachtofen unter einem Überdruck mit Bezug auf den Druck der umgebenden Atmosphäre arbeiten zu lassen, wobei das Stichloch in nicht eingetauchtem Zustand gehalten wird, das heißt in einem Zustand, in dem nur ein Teil der Querschnitts!'lache der Sticblochöffnung unterhalb der Oberfläche des im Feuerraum befindlichen schmeLzflüssigen Rückstandes liegt.

Bei dieser Ausführungsform ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Abstichkammer zur Aufrechterhaltung eines vom Stichloch ausgehenden kontinuierlichen Stromes aus schmelzflüssigem Rückstand vorgesehen. Diese Abstichkammer weist ein die Öffnung des Stichlochs umgebendes dampfdichtes Gehäuse, das eine Verbindung des Stichlochs mit der umgebenden Atmosphäre verhindert, eine Einrichtung zum Kühlen der Gießschnauze, die dafür sorgt, daß der anfänglich aus dem Stichloch austretende schmeizflüssige Rückstand^ eine erstarrte Schutzschicht entlang der benetzten Oberfläche der Gießschnauze bildet, eine Vormischbrenrereinrichtung, die ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch zum Erhitzen des Stichlochs verbrennt und innerhalb des Gehäuses derart angeordnet ist, daß die Brennerflamme auf die Stichlochöffnung gerichtet ist, sowie eine Gasauslaß-Hilfseinrichtung auf, die ein sauerstoffhältiges Gas liefert und in der Nähe des Brenners derart, angeordnet ist, daß sich mindestens ein Teil des abgegebenen sauerstoffhaltigen

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- 8 Gases mit der Brennerflamme mischte

Unter dem Ausdruck "Vormischbrenner" soll vorliegend ein beliebiger herkömmlicher Brenner verstanaen werden, bei dem das Brenngas mit dem oxydierenden Gas innerhalb des Brenners vor dem Zünden vorgemis^ht wird. Dies steht im Gegensatz zu Nachmischbrennern, bei denen der Brennstoff und das oxydierende Gas außerhalb des Brenners an der Zündstelle gemischt werden.

Der vorliegend verwendete Ausdruck "Rückstand" bezieht sich auf Metall, Schlacke oder Metall-Schlacke-Gemische. Die Schlacke geht auf die anorganischen Bestandteile des Abfalls zurück_E die nicht auf normale Weise verbrennt werden können; sie wird vorwiegend aus Stoffen wie Glas und zementartigen Stoffen gebildet.

Der Ausdruck "pyramidenförmig", wird vorliegend in seinem allgemeinen geometrischen Sinne verwendet. Es wird darunter ein dreidimensionaler Körper verstanden, der als Grundfläche ein Polygon und als Seitenflächen mehrere Dreiecke aufweist, die die Seiten der Grundfläche der Pyramide bilden. Obwohl die häufigst anzutreffende Form der Pyramide eine rechteckige Grundfläche aufweist, kann die Pyramide im Grenzfall als Grundfläche auch ein unendlichseitiges Polygon, das heißt einen Kreis, aufweisen, so daß ein Kegel erhalten wird. Ein Kegel wird daher vorliegend als Sonderfall einer Pyramide verstanden.

Der Ausdruck "t/Tag" bezieht sich auf einen Arbeitstag mit

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24 Stunden,

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 teilweise im Schnitt eine schematische Darstellung

einer bevorzugten Ausführungsform eines Abfallkonverters nach der Erfindung und

Figur 2 eine perspektivische schematische Darstellung der

gegenseitigen Anordnung des Stichlochs und der zugehörigen Absticheinrichtung innerhalb der Abstichkammer.

Figur 1 zeigt einen Schachtofen 1 mit einer im oberen Teil 5O des Schachtes befindlichen Trockenzone 2, einer im unteren Abschnitt des Schachtes angeordneten Verbrennungs- und Schmelzzone, die vorliegend kurz als Feuerraum 4 bezeichnet wird, und einer zwischen der Trockenzone 2 und dem Feuerraum 4 befindlichen thermischen Zerlegungszone 3. Es versteht sich, daß die obengenannten Arbeitszonen im Schachtofen nicht als deutlich voneinander getrennte Zonen vorliegen, sondern einander in begrenztem Umfang überlappen. So erfolgt beispielsweise das Trocknen des eintretenden Abfalls fast vollständig innerhalb der Trockenzone 2, doch werden einige Abfallteilchen in der Trockenzone 2 nur teilweise getrocknet, so daß.iür diese Teilchen die Trocknung erst in der thermischen Zer-

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legungszone 3 abgeschlossen weiden wird. Umgekehrt erfolgt die Pyrolyse des Abfalls fast vollkommen innerhalb der thermischen · Zerlegungszone 3. Einige Abfallteilchen werden jedoch bereits beim Durchlaufen der Trockenzone 2 thermisch zerlegt werden. Der Ofen 1 hat eine doppelpyramidenstumpfförmige Gestalt, wobei der weiteste Teil oder die größte Querschnittsflache in der thermischen Zerlegungszone 3 liegen und der Ofen sich sowohl zum oberen als auch zum unteren Schachtende hin nach innen verjüngt- Der Schachtofen 1 besteht vorzugsweise aus einem mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen metallischen Mantel 2O₁ wobei insbesondere der Feuerraum 4 mit einer hochwertigen feuerfesten Auskleidung 9 versehen ist, um Wärme zu erhalten, der hohen Temperatur im Feuerraum zu widerstehen und dort für eine gleichförmige Temperatur zu sorgen Der Feuerraum 4 wird im allgemeinen auf einer Temperatur im Bereich von ungefähr 165OC gehalten. Um eine lange Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung zu gewährleisten, ist der den unteren Teil des Feuerraums 4 umgebende Mantel 4 gekühlt- Damit wird der Abrieb der feuerfesten Auskleidung 9 auf Grund der hohen Temperatur und der stark korrodierenden Bedingungen im Feuerraum 4 kleinstmöglich gehalten, Metallische Rohrringe 21, 22 und 23, die eine dem Umriß des Mantels 2O im Bereich des Feuerraums 4 entsprechende Form haben und am Feuerraummantel abgestützt sind, sorgen für einen Sprühregen aus Kühlflüssigkeit. Ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise Wasser, wird den Rphrringen 21, 22 und 23 unter Druck zugeführt. Die.Rohrringe weisen in geeigneter Weise bemessene Bohrungen auf, so daß Kühlflüssigkeit in sprühregenartiger Verteilung auf den Mantel 2O auftrifft.

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Wenn der Mar ..-.I 20 ausreichend gekühlt wird, wird entlang der inneren Gber-flüche der feuerfesten Auskleidung 9 des Feuerraums 4 eine Mcht veranschaulichte Schutzschicht aus erstarrter geschmolzener Schlacke gebildet, wodurch die feuerfeste Auskleidung gegen weitere Erosion geschützt wird. Um die Wartung und Reparaturen des Ofens zu erleichtern,, ist der untere Abschnitt 25 des Ofens 1 über verschraubte Flansche 27 und 30 an dem oberen Abschnitt 26 lösbar angebracht Ein nicht veranschaulichter Dichtungsring kann zwischen die Metallflansche 27 und 3ü eingelegt sein, um für eine Abdichtung zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt 26 und 25 des Ofens zu sorgen-

Der Schachtofen 1 ist mit einem Produktgasauslaß 6, einer im Feuerraum 4 befindlichen Düse 8 für die Zufuhr Von Oxydationsgas und einem mit einer Abstichkammer 1O in Verbindung stehenden Schlackestichloch 7 versehen. Die Düse 8 ist vorzugsweise eine von mindestens vier wassergekühlten Sauerstoffdüsen, die in symmetrischer Verteilung um den Feuerraum 4 herum angeordnet sind. In der Zeichnung ist nur die eine Düse 8 dargestellt Um für einen besonders wirkungsvollen Betrieb zu sorgen, sind die Düsen derart in einem Winkel zur Waagrechten ausgerichtet, dai3 das austretende Oxydationsgas in Richtung auf die Mitte des von -dem Rückstand gebildeten Schmelzbades 16 geleitet wird. Außerdem befinden sich die Düsen in ausreichender Höhe über dem Schmelzbad 16, um zu verhindern , daß schmelzflüssiges Metall und/oder Schlacke in die Düsenanordnung eindringen und mit dem Oxydationsgas-reagieren - Aus Gründen der Kühlung besteht die Düse 8 am zweckmäßigsten aus einer

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Anordnung von zwei koaxialen, miteinander ausgerichteten Rohren (nicht veranschaulicht), wobei Sauerstoff dem Mittel rohr zugeführt wirdj wehrend Kühlwasser durch die Ringkammer hindurch umgewälzt wird, die zwischen den Rohren gebildet wird. Auf diese Weise wird die Sauerstoffdüse gekühlt und wird deren Lebensdauer verlängert.

Die Abstichkammer 10 besteht aus einem dampfdichten Gehäuse 11, einer feuerfesten Gießschnauze 12 in Form einer sich vom Stichloch 7 etwas über den Mantel 2O des Feuerraums hinauserstreckenden feuerfesten Schiene, sowie aus einem Vormischbrenner 13, Das Gehäuse 11 bildet einen druckdichten Abschluß für das Stichloch 7, so daß der Schachtofen 1 mit einem Überdruck gegenüber dem Druck der Außenatmosphäre betrieben werden kann, ohne daß das Stichloch 7 ständig eingetaucht gehalten werden muß, Die Hauptfunktion des Gehäuses 11 besteht daher· darin zu verhindern, daß die im Ofen 1 befindlichen Gase mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung kommen, Obwohl dies im herkömmlichen Betrieb mit einem eingetauchten Stichloch erreicht werden kann, wird im Hinblick auf einen einfachen Ofenbetrieb vorzugsweise der Flüssigkeitsspiegel des schmelzflüssigen Rückstandes 16 unterhalb der Öffnung des Stichlochs 7 gehalten, wie dies in Figur 1 veranschaulicht ist. Insbesondere kann auf diese Weise für einen kontinuierlichen Austritt von schmelzflüssigem Rückstand gesorgt werden. Das Gehäuse 11 nimmt ferner den Behälter für Abschreckwasser 14 auf. Der Brenner 13 und ein Hilfssauerstoffauslaßrohr 15 ragen in das Gehäuse 11 hinein, wobei der Brenner 13 auf die Öffnung des Stichlochs

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gerichtet ist. Das δ .-slaßrohr 15 ist in der Nähe des Brenners 13 angeordnet, so daß mindestens ein Teil eines aus dem Rohr 15 austretenden, scr.e^r stoffhaltigen Gases mit der Brennerflamme vermischt wird und mindestens einen Teil des nicht verbrannten Brennstoffes in der Flamme oxydiert; Ein Plattenförderer 45 ist derart unterhalb der Oberfläche des Abschreckwassers 14 angeordnet, daß er die Teilchen aus erstarrtem Rückstand 28, in dem Maße, in dem sie gebildet werden, zu einem Aufnanmebehälter 46 transportiert. Um die Arbeitsweise des Förderbandes 45 besser erkennen zu lassen, ist dieses in der Seitenansicht um 9O gegenüber der beabsichtigten Arbeitsstellung veranschaulicht. Die Abstichkammer 10 ist ferner mit einer zweckentsprechenden nicht veranschaulichten Entlüftung versehen, um Gas aus dem Gehäuse 11 austreten zu lassen, wenn der Druck im Feuerraum 4 einen vorbestimmten Grenzwert, im allgemeinen ungefähr 76,2 cm Wasser, überschreitet»

Ein nicht dargestellter Abfalieinlaßtrichter, der über einen Schieber 18 mit einem Füllschacht 17 in Verbindung steht, ist am oberen Ende des Schachtofens 1 fest angebracht. Ein zweiter Schieber 19 wird in Verbindung mit dem Schieber 18 benutzt, um den Reaktor 1 abgedichtet zu halten, während Abfall R zugeführt wird. Eine Spülleitung 24, die unterhalb des Schiebers 18 mit dem Füllschacht 17 in Verbindung steht, erlaubt es, den Füllschacht 17 mit Dampf S oder mit einem inerten Gas, beispielsweise Argon, zu spülen, um den Austritt von kleinen Mengen an Produktgas G in die Atmosphäre zu verhindern, wenn der Schieber 18 geöffnet wird, um weiteren Abfall einzufüllen. Es versteht sich, daß auch andere Be-

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schickungsvorrich+-.,*-.?er, benutzt werden können, die in der Lage sind, für eine d■ uckdι. hte Abdichtung zu sorgen, während die Be-schickung mit Feats' ~>r f-^rr erfolgt.

Im Betrieb wird Abfall R in den Ofen 1 über die Schieber 18 und 19 eingebracht, durch deren Zusammenwirken der Schacht während der Beschickung abgedichtet wird, um im Schacht einen Überdruck aufrechtzuerhalten. Für diesen Zweck wird der Schieber 18 geöffnet, während der Schieber 19 geschlossen gehalten wird_s so daß Abfall R in den Füllschacht 17 fallen kann= Danach wird die Einstellung der Schieber 18 und 19 umgekehrt; der Schieber 18 wird zunächst geschlossen; daraufhin wird der Schieber 19-geöffnet, so daß der im Füllschacht 17 befindliche Abfall R in den Ofen 1 fallen kann. Dann wird Dampf S über die Spülleitung 24 in den Füllschacht 17 eingeblasen, um alles Produktgas G aus dem Füllschacht 17 herauszuspülen, bevor die Schieberstellungen erneut umgekehrt, d, h. bevor der Schieber 19 geschlossen und der Schieber. 18 geöffnet werden. Dadurch wird sichergestellt, daß das gesamte Produktgas G den Ofen 1 über den Auslaß 6 verläßt. Nach dem Durchtritt durch ■ den Schieber 19 fällt der Abfall R in die Trockenzone 2 und bildet dort ein Abfallbett, dessen Oberfläche 5 unter dem Gasauslaß 6 liegt. Dadurch, daß sich der obere Abschnitt des Ofens nach unten erweitert, wird der Brückenbildjng oder dem Hängenbleiben des Abfalls entgegengewirkt, während dieser von der Trockenzone 2 zu der thermischen Zerlegungszone 3 gelangt, innerhalb deren das organische brennbare Material in erster Linie in Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf zerlegt wird, während die nicht brennba-

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,^.A:^.? SAD ORlQfNAL

ren Stoffe Verkohl - j-produkte bilden, bei denen es sich in erster Linie um Kohlenstoff handelt. Metall, zementartige Stoffe, Glas und ähnliche r; ^t brennbare Stoffe rutschen zusammen mit den Verkohlungspro'J^kten innerhalb des Schachtofens weiter nach unten und gelangen in den Feuerraum 4, wo die Verkohlungsprodukte mit dem über die Düse 8 eintretenden Sauerstoffgas exotherm reagieren, so daß auf einem feuerfesten Block 47 am unteren Ende des Feuerraums 4 das Schmelzbad 16 aus Metall und Schlacke gebildet wird. Das Schmelzbad 16 tritt über das Stichloch 7 aus. Es strömt dabei über die Gießschnauze 12 und fällt dann nach unten in das Abschreckwasser 14, wo das Metall und die Schlacke in granulöser Form erstarren. Dabei werden diskrete Rückstandsteilchen 28 gebildet, die sich im unteren Teil des Gehäuses 11 auf dem Förderband 45 absetzen und die dann kontinuierlich zum Aufnahmebehälter 46 gefördert werden. Der Brenner 13 ist auf das Stichloch 7 gerichtet, um den schmelzflüssigen Rückstand im Stichloch 7 und auf der GieBschnauze 12 hinreichend fließfähig zu halten, so daß ständig abgestochen werden kann.

In den Figuren 1 und 2 ist die Gießschnauze 12 als trogformige Schiene aus feuerfestem Material dargestellt, die von der Unterkante des Stichlochs 7 aus nach außen reicht, um den aus dem Stichloch austretenden Strom aus schmelzflüssigem Metall und Schlacke in einen Abschrecktank oder entsprechend einer abgewandelten Ausbildung in eine nicht veranschaulichte Form zu leiten. Um in wirksamer Weise als Gefälle dienen zu können, über die der schmelzflüssige Rückstand abströmen kann, reicht die Gießschnauze 12 vor-

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zugsweise mindeste¹·- '!^gefahr 50 mm in die Abstichkammer 10 hinein. Damit eine Erosion der Gießschnauze 12 und die dadurch bedingte anschließend·:; ^v=;bildung einer am Ofenmantel anhaftenden unregelmäßigen Überzug&schicht verhindert wird, befindet sich ein Kühlmantel 32 mit dem Ofenmantel 2O bündig abschließend unterhalb der Gießschnauze 12. Der Kühlmantel 32 besteht aus Metall; er ist mit Durchlässen zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels, beispielsweise Wasser, versehen und steht mit den nicht benetzten Außenflächen der Gießschnauze 12 in Berührung. Dadurch wird die benetzte Oberfläche 33 der Gießschnauze 12 ausreichend stark gekühlt, um eine erstarrte Schicht 39 aus geschmolzener Schlacke auf der benetzten Oberfläche 33 auszubilden, wodurch die Gießschnauze 12 gegen weiteren Abrieb geschützt wird. Die Hauptfunktion des Kühlmantels 32 besteht also darin, das Austrittsende 38 der Gießschnauze 12 in einem fest vorgegebenen Abstand von dem Ofenmgntel zu halten. Der Kühlmantel 32 besteht zweckmdßigerweise aus einem wassergekühlten Metallkörper, beispielsweise Kupfer; es versteht sich jedoch, daß auch zahlreiche andere KUhJ.anordnungen vorgesehen werden können, die ähnlich wirkungsvoll sind. Allgemein sollte die Temperatur der mit der Gießschnauze in Berührung stehenden Kühlfläche unter 260 C liegen. Die Dicke der feuerfesten Gießschnauze wird im kontinuierlichen Betrieb durch die Temperatur des Kühlmantels und die Strömungsmenge des schmelzflüssigen Metalls und der Schlacke bestimmt, die das Stichloch verlassen.

Ein durch einen Pfeil 35 angedeutetes Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemisch wird dem Vormischbrenner" 13 zugeführt, der auf das Aus-

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trittsende 38 der G.r^schnauze 12 und das Stichloch 7 gerichtet ist= Sauerstoffau-slaß rohre 15' sind parallel zur Achse des Brenners 13 in eimern solcher. Abstand von dieser angeordnet, daß ein Teil des aus den Auslassen 37 austretenden sauerstoffhaltigen Gases 4O in die Flamme 36 hineingesaugt wird, wodurch deren Temperatur erhöht und für eine entsprechende Steigerung der Geschwindigkeit des Wärmeübergangs im Bereich des Stichlochs 7 gesorgt wird. Um für einen leistungsfähigen Betrieb zu sorgen, muß der Abstand zwischen dem Austrittsende des Brenners und dem Stichloch kleiner als das 20-fache des Düsendurchmessers des Brenners sein.

Es versteht sichi daß die Anordnung der ein sauerstoffhaitiges Gas zuführenden Hilfseinrichtung mit.Bezug auf den" Brenner je nach der Art, in der das Mischen erfolgt, in weiten Grenzen geändert werden kann. Beispielsweise kann dafür gesorgt werden, daß das sauerstoffhaltige Gas in die Brennerflamme gesaugt wird, indem es koaxial zur Flamme, jedoch getrennt von dieser als Hüllgas zugeführt wird, das die Flamme umgibt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines herkömmlichen Brenners geschehen, der mindestens zwei konzentrische, axial ausgerichtete Innenrohre aufweist, wobei das Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch über das Mittelrohr und das sauerstoffhaltige Gas über den von den beiden Rohren begrenzten Ringraum zugeführt wird. Entsprechend Figur 2 kann ein entsprechender Ringhülleffekt auch bei Verwendung eines Einrohrbrenners dadurch erreicht werden, daß mehrere Auslaßrohre für das sauerstoffhaltige Gas parallel zur Achse der Flamme und in Abstand von dieser entlang den Seiten des Brenners vorgesehen werden. In jedem Falle

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wird die Flammen+emoeratur gesteigert, wenn Hüllsauerstoff in das den Brenner verlassende Gemisch gesaugt wird. Statt dessen kann
die QxydationsiTuttel~kuslaßanordnung auch derart angeordnet werden, daß ein Strom aus sauerstoffhaltigem Gas derart gegen die Brennerflamme von unten angeblasen w.ird_s daß er unmittelbar auf die Flamme trifft und deren Temperatur steigert. Unter den Begriff
"in der Nähe des Brenners" soll daher eine Anordnung der Hilfsoxydationsmittel-Auslaßanordnung fallen, bei der das austretende sauerstoffhaltige Gas unmittelbar mit der Flamme in Berührung
kommt, (z. B. von unten angeblasener Sauerstoff) oder bei der ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Gasströmen erzielt wird (beispielsweise Einsaugen des Sauerstoffs in die. Flamme). Bezüglich
einer ins einzelne gehenden Beschreibung des Verfahrens, mittels dessen eine Erstarrung im Stichloch verhindert wird, sei auf die am gleichen Tage wie die vorliegenae Anmeldung eingereichte Anmeldung "Verfahren zum Verhindern des Erstarrens von Schlacke im
Stichloch eines Abfallkonverters" (Priorität vom 29.· Dezember 1972, Vereinigte Staaten von Amerika, USSN 319 529) Bezug genommen.

Um die vorliegena gestellte Aufgabe zu lösen, muß die Querschnittsfläche des Stichlochs einen Wert haben, der größer als der durch die Formel

C = O.O25 RX
definierte Wert ist, wobei

2
C = Querschnittsfläche des Stichlochs in cm ,

R = .Abfallbeschickungsmenge in t/Tag und

X = Anteil an Metall, Glas, Schlacke und ähnlichen hoch-

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schmelzende» anorganischen Stoffen im Abfall in %,

Der obere Grenzwt?*-' für die Stichlochbffrtung ergibt sich daraus, daß die Querschnittsflache nicht größer sein soll als der Wert

C = 17 R
wobei C und R in der obengenannten Weise definiert sind.

Die doppelpyramidenstumpfförmige Gestalt des Ofens und die Querschnittsflächen an der Unterseite und der Oberseite des Abfallbettes stellen weitere wesentliche Merkmale der Erfindung dar, Dadurch, daß sich der Ofen von seinem oberen Abschnitt in Richtung auf den Mittelteil nach außen erweitert, wird die Neigung des im Ofen herunterrutschenden Abfalls zur Brückenbildung oder zum Hängenbleiben minimal gehalten. Außerdem muß die Querschnittsfläche des Ofenabschnitts, der der Oberseite des "Abfallbettes entspricht, gleich oder größer dem durch die Formel

B = R (0,0174 + 0,002355

gegebenen Wert sein, wobei

2
B = Querschnittsfläche in m ,

P = Sauerstoffanteil in dem sauerstoffhaitigen Gas in %

und
R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag.

Dadurch wird die Geschwindigkeit des die Trockenzone verlassenden Produktgases hinreichend klein gemacht, um die Menge der vom Gas

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mitgerissenen F] ug-'s-he kleinstmoglich zu halten. Infolgedessen ist die anschlie8en.de Gasreinigung weitgehend vereinfacht..

Der obere Grenzwert für die Ofenquerschnittsfläche im Bereich der Oberseite des Abfallbettes ergibt, sich aus der Formeis

B=R (0,174 + 0,02355 ^1Qp"^P) wobei B, R und P in der obengenannten Weise definiert sind

Durch die Verjüngung des Ofens in Richtung auf den unteren Abschnitt wird eine hohe Wärmeübergangsgeschwindigkeit im Feuerraum sichergestellt, indem das Ofenvolumen kleinstmoglich gehalten wird, innerhalb dessen die Verbrennungsreaktion abläuft und die anorganischen Feststoffe geschmolzen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Feuerraum des Ofens so ausgelegt wird, daß die maximale Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums durch die folgende Formeis

A = 0,0128 R definiert ist, wobei

A = Querschnitts fläche am unteren Ende des Feuerraums

in m und R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag.

Die je Ofenvolumeneinheit freigesetzte Energie wird dadurch sehr groß gehalten. Infolgedessen wird eine innerhalb des gesamten Feuerraumes gleichförmige und wesentlich oberhalb des Schmelz-

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punktes von Glas vna Metall liegende Temperatur erzielt.

Der untere Grenzwert tir die Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums ergiut sich aus-der Formel

A = O.OO1O2 R
wobei A und R in der oben angegebenen Weise definiert sind

Die Verwendung einer Abstichkammer stellt ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung dar Dadurch können schmelzflüssiges Metall und Schlacke ständig und sicher vom Feuerraum abgestochen werden, der unter einem Überdruck, im allgemeinen ungefähr 25 cm Wasser, arbeitet Eine Erosion der Gießschnauze und die damit verbundene Ausbildung einer am Ofenmantel anhaftenden unregelmäßigen Schlakkeschicht werden vermieden, indem die Gießschnauze mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet wird= Die benetzte Oberfläche der Gießschnauze wird hinreichend kräftig gekühlt, um zwischen dem Auslaßende der Schnauze und dem Ofenmantel einen vorgegebenen Abstand aufrechtzuerhalten, wodurch schmelzflüssiger Rückstand daran gehindert wird, auf dem Ofenmantel zu erstarren-

Die erhöhte Abstichtemperatur· im Feuerraum, die ein fortlaufendes Abstechen des schmelzflüssigen Rückstandes erlaubt, wird mittels der in der Abstichkammer angeordneten Brennereinrichtung erzielt- Der Vormischbrenner verhindert in Verbindung mit einem Strahl aus sauerstoffhaltigem Gas das Erstarren von schmelzflüssigem Metall und/oder von Schlacke im Bereich der Gießschnauze und

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inn.erhalb des Stic'"" ochs. Wird im Betrieb der Brenner ohne das Hilfsoxydationsgas betrieben, liegt seine maximale Wärmeübergangsintensität rane der Brennerdüse an der Flammenfront _r Im Bereich der Gießschnerjze jnd innerhalb des Stichlochs ist dagegen die Wärmeübergangsgeschwindigkeit stark herabgesetzte Durch Verwendung eines Hilfsstrahls aus sauerstoffhaltigem Gas wird dagegen die Wärmeübergangsgeschwindigkeit so weit erhöht, daß der Rückstand innerhalb des Feuerraums und im Bereich der Gießschnauze geschmolzen gehalten wird= Dies ist auf einen zweifachen Effekt zurückzuführen= Zum einen hat die Zufuhr einer mindestens stöchiometrischen 'Sauerstoffmenge mit Bezug auf den unverbrannten Brennstoff in der Flamme eine weitere Verbrennung, in der- Flamme und damit eine Erhöhung der erzeugten Wärmemenge zur Folge, Zum anderen bewirkt das- Vorhandensein des Hilfssauerstoffs in dem den Brenner verlassenden Gasstrom» daß dieser Strom kein reduzierendes Gemisch mehr sondern ein oxydierendes Gemisch darstellt, so daß in dem Feuerraum nahe dem Stichloch eine exotherme Reaktion stattfindet= Insbesondere reagiert in dem Gasgemisch vorhandener Sauerstoff exotherm mit dem Kohlenstoff im Feuerraum unter Bildung von CO oder von COp₁ wodurch das Schmelzbad erhitzt und dessen Viskosität gesenkt wird.

Der vorliegend beschriebene Abfallkonverter ist in der Lage_s eine große Vielzahl von unterschiedlich zusammengesetzten Stoffen auf wirksann® Weise in nutzbare Brenngase und inerte feste Rückstände umzusetzen« Zu den Abfallstoffen, die sich auf diese Weise umsetzen lassen, gehören brennbare Stoffe wie Papier,, .Kunststoffs

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Gummi, Holz, Nahrungsmittelabfalle, Klärschlamm und dergleichen sowie normalerweise nicht brennbare Stoffe, wie Metalle, Glas und schmelzbare zementartige Stoffe. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann infolgedessen eingesetzt werden, um Hausmüll, kommerzielle Abfallstoffe, Industriemüll oder landwirtschaftliche Abfallstoffe zu beseitigen,

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Claims

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Ansprüche

Vorrichtung zum Beseitigen von Abfall durch Umwandeln des Abfalls in nutzbare gasförmige Produkte und einen inerten festen Rückstand, gekennzeichnet durch einen aufrechtstehenden, doppelpyramidenstumpfförmigen Metallschacht, der sich in Richtung auf zunehmend kleinere Querschnittsflächen sowohl an seinem oberen als auch an seinem unteren Ende verjüngt und der in seinem oberen Abschnitt eine Trockenzone, in seinem unteren Abschnitt einen Feuerraum s.owie eine zwischen der Trockenzone und dem Feuerraum liegende thermische Zerlegungszone bildet, wobei die Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums gleich oder kleiner als der durch die Formel

A = 0,0128 R
gegebene Wert ist, wobei

A = Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums in

m und
R = Abfailbeschickungsmenge in t/fag;

durch eine Einrichtung zum Einspeisen eines sauerstoffhaltigen Gases in den Feuerraum; durch eine dampfdichte Einrichtung zum Beschicken des oberen Abschnitts des Schachtes mit Abfall zwecks Ausbildung eines Abfallbettes, wobei die Querschnittsfläche des Schachtes in der Höhe der Oberseite des Abfallbettes mindestens gleich dem sich aus der Formel

B=R (O.O174 + O.OO2355

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ergebenden Wert ist, wobei

2
B = Querschnittsfläche in m ,

P =■ % Sauerstoff in dem sauerstoff haltigen Gas und R s= Abfallbeschickungsmenge in t/Tag;

durch eine mit dem oberen Abschnitt des Schachtes in Verbindung stehende Leitungsanordnung zum Abführen der gebildeten gasförmigen Produkte; durch ein mit dem Feuerraum in Verbindung stehendes Stichloch, über das geschmolzener Rückstand, aus dem Feuerraum abführbar ist und dessen Querschnittsfläche einen Wert hat, der größer als der durch die Formel

C = O,O25 RX

definierte Wert ist, wobei

2 C = Querschnittsfläche des Stichlochs in cm ,

R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag und χ = Anteil an Metall, Glas, Asche und ähnlichen hochschmelzenden Stoffen im Abfall in %,

wobei das Stichloch mit einer von seiner Unterkante nach außen vorstehenden Gießschnauze zur Führung des durch das Stichloch . austretenden scnmelzflüssigen Rückstandes versehen ist; durch eine Auf fangeinrichtung!, die den austretenden schmelzflüssigen Rückstand aufnimmt und erstarren läßt_s sowie durch eine Anordnung zum Abführen des erstarrten Rückstandes aus der Auffangeinrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraumes einen Wert

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hat, der größer ήο aer· durch die Formel

A = O,OO1O2 R
gegebene Wert is^r.

A = Querschnitts fläche am unteren Ende des Feuer-

raums in m und

R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag.

3« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Schachtes in der Höhe der· Oberseite des Abfallbettes nicht großer als der durch die Formel

B = R (0,174 + O,O2355"'-

gegebene Wert ist, wobei

2 B = Querschnittsfläche mm,

■ P = % Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas

und
R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag.

4-e Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stichloch eine Querschnitts fläche hat, die nicht großer als der durch die Formel

C - '17 R

gegebene Wert ist, wobei

C= Querschnittsfläche des Stichlochs in cm und R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag.

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5. Vorrichtung zum Beseitigen von Abfall durch Umwandeln des Abfalls in nutzbare, gasförmige Produkte und einen inerten festen Rückstand, gekennzeichnet durch einen aufrecht stehenden doppelpyramidenstumpfförmigen Metallschacht, der sich in Richtung auf zunehmend kleinere Querschnitts flächen sowohl an seinem oberen als auch an seinem unteren Ende verjüngt und der in seinem oberen Abschnitt eine Trockenzone, in seinem unteren Abschnitt einen Feuerraum sowie eine zwischen der Trockenzone und dem Feuerraum liegende thermische Zerlegungszone bildet, wobei die Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums gleich oder kleiner als der durch die Formel

A = O.O128 R

gegebene Wert und größer als der durch die Formel

A = O.OO1O2 R
gegebene Wert ist, wobei

A = Querschnittsfläche am unteren Ende des Feuerraums in m und
R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag;

du₍rch eine Einrichtung zum Einspeisen eines sauerstoff haltigen Gases in den Feuerraumr durch eine dampfdichte Einrichtung zum Beschicken des oberen Abschnitts des Schachtes mit Abfall zwecks Ausbildung eines Abfallbettes, wobei die Querschnittsfläche des Schachtes in der Höhe der Oberseite des Abfallbettes mindestens gleich dem durch die Formel

B=R (O.O174 + O,002355 )

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gegebenen Wert und nicht größer als der durch die Formel

1 OO P B = R (0,174 + 0,02355 ■ )

gegebene Wert Lst_; v.-jt-Λ

B = Querschnittsfläche in m , P = % Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen*Gas und R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag;

durch eine mit dem oberen Abschnitt des Schachtes in Verbindung stehende Leitungsanordnung zum Abführen der gebildeten gasförmigen Produkte; durch ein mit dem Feuerraum in Verbindung stehendes Stichloch, über das geschmolzener Rückstand aus dem Feuerraum abführbar ist und dessen Querschnittsfläche einen Wert hat, der größer als der durch die Formel

C = Ο.Ο25 RX
gegebene Wert und nicht großer als der sich aus der Formel

C= 17 R

ergebende Wert ist, wobei

2 C = Querschnittsfläche des Stichlochs in cm , R = Abfallbeschickungsmenge in t/Tag und X = Anteil an Metall, Glas, Asche und ähnlichen hochschmelzenden Stoffen im Abfall in %,

wobei das Stichloch mit einer von seiner Unterkante nach außen vorstehenden Gießschnauze zur Führung des durch das Stichloch austretenden schmelzflüssigen Rückstandes versehen ist; durch eine Auffangeinrichtung, die den austretenden schmelzflüssigen Rückstand aufnimmt und erstarren läßt, sowie durch eine Anordnung zum Abführen des erstarrten Rückstandes aus der Auffang-

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einrichtung,

6, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden, Ansprüche, gekennzeichnet .durch eine Abstichkammer zur Aufrechterhaltung eines vom Stichloch ausgehenden kontinuierlichen Stromes aus schmelzflüssigem Rückstand, wobei die Abstichkammer ein die Öffnung des Stichlochs umgebendes dampfdichtes Gehäuse, das eine Verbindung des Stichlochs mit der umgebenden Atmosphäre verhindert, eine Einrichtung zum Kühlen der Gießschnauze, die dafür sorgt, daß der anfänglich aus dem Stichloch austretende schmelzflüssige. Rückstand eine erstarrte Schutzschicht entlang der benetzten Oberfläche der Gießschnauze bildet, eine Vormischbrennereinrichtung, die ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch zum Erhitzen des Stichloches verbrennt und innerhalb des Gehäuses derart angeordnet ist, daß die Brennerflamme auf die Öffnung des Stichlochs gerichtet ist, sowie eine Gasauslaß-Hilfseinrichtung aufweist, die ein sauerstoffhaltiges Gas liefert und in der Nähe des Brenners derart angeordnet ist, daß sich mindestens ein Teil des abgegebenen sauerstoffhaltigen Gases mit der Brennerflamme mischt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennereinrichtung einen Vormischbrenner mit einem Innenrohr zur Verbrennung eines Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs und einem dazu konzentrischen Außenrohr aufweist, das zusammen mit dem Innenrohr einen ringförmigen Durchlaß begrenzt, über den ein sauerstoffhaltiges Gas derart zuführbar ist, daß sich mindestens ein Teil des aus dem Ringraum austretenden sauer-

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.stoffhaltigen Gases mit der Flamme vermischt

8- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Austrittsende des Brenners und dem Stichloch kleiner als das 2O-fache des Düsendurchmessers des Brenners ist

9- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung zum Kühlen des den Feuer-'raum umgebenden Teils des Metallschachtes

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