Projekt 01552/01

Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens zur Verwertung und thermischen Nutzung von Rest- und Abfallstoffen aus der Abgas- und Abwasserreinigung durch Einblasen in metallurgische Schmelzreaktoren

ProjekttrÀger

Engineering Service Center und Handel GmbH
MaxhĂŒttenstr. 19
07333 UnterwellenbornZielsetzung und Anlass des Vorhabens Bei der Abwasser- und Abgasreinigung fallen in erheblichem Umfang brennbare Abfallstoffe, wie z. B. KlĂ€rschlamm oder beladener Aktivkoks, an. Dabei wird beladener Aktivkoks vorwiegend in SondermĂŒllverbrennungsanlagen zu hohen Kosten entsorgt. FĂŒr KlĂ€rschlĂ€mme mit einem GlĂŒhverlust von mehr als 5% ist die Deponierung nicht mehr zulĂ€ssig, so daß sich thermische Verwertungen als Entsorgungsmöglichkeiten anbieten. Als aussichtsreich erscheint die Temperaturvergasung durch Einblasen in metallurgische Schmelzreaktoren. Durch die Vergasung wird aus den Abfallstoffen ein Brenngas erzeugt, die metallurgischen Reaktionsprozesse werden unterstĂŒtzt und die schmelzflĂŒssige Schlacke nimmt die Asche auf. Falls z.B. nur 10% der in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzten Brennstoffe ersetzbar sein könnten, wĂŒrde dieses in Bezug auf den Kokseinsatz in Deutschland einer Menge von 4,5 Mio. t TrockenklĂ€rschlĂ€mme entsprechen. Diese Menge ist etwa doppelt so hoch wie der TrockenklĂ€rschlammanfall im Bundesgebiet. Es sind jedoch noch erhebliche KenntnislĂŒcken zu schließen, um das Verfahren bis zur betrieblichen Anwendungsreife zu bringen. So ist die Auswirkung des Einblasens der Rest- und Abfallstoffe auf den Schmelzreaktorbetrieb unbekannt. Es fehlt eine aus-reichende Datengrundlage zur nĂ€heren Beurteilung von Umweltaspekten. Gesicherte Erkenntnisse sind nur auf experimentellem Wege sowie am Schmelzreaktor selbst zu erzielen. Ziel des Vorhabens ist es daher, entsprechende Versuche an einem geeigneten Hochofen durchzufĂŒhren. Auf der Basis dieser Erkenntnisse soll ein geeignetes Verfahrenskonzept fĂŒr die Verwertung von Rest- und Abfallstoffen in metallurgischen Schmelzreaktoren erarbeitet werden. Metallurgische Schachtöfen arbeiten nach dem Prinzip der Hochtemperaturvergasung. Die Hochtemperaturzone befindet sich im unteren Drittel der Öfen. Besonders gĂŒnstige Bedingungen fĂŒr die thermische Verwertung von brennbaren Rest- und Abfallstoffen findet man beim Einblasen dieser Stoffe mit dem Heißwind direkt in die Hochtemperaturzone (T>1.700°C). Es erfolgt ein weitgehender Abbau der brennbaren Anteile zu CO und H2. Die absinkenden Schachtofenbeschickungsstoffe (Koks, Erz, Schrott, Zuschlagstoffe) wirken als prozeßintegrierte Gasreinigung. Schadstoffe der Rest- und Abfallstoffe werden so grĂ¶ĂŸtenteils innerhalb des Prozesses aufgefangen bzw. die Asche von der schmelzflĂŒssigen Schlacke aufgenommen. Es ist ein Übergang von Phosphor und Schwefel sowie schwerflĂŒchtigen Schwermetallen in die metallurgische Schmelze wie auch in die flĂŒssige Schlacke zu erwarten. Organische Schadstoffe wie auch Dioxine und Furane werden bei Temperaturen ĂŒber 1.500°C zerstört. Verfahrenstechnisch ist fĂŒr das Einblasen von KlĂ€rschlamm wie auch von beladenem Aktivkoks ein feinkörniger bis staubförmiger Zustand vorteilhaft, um möglichst die Dichtstromfördertechnik, zumindest aber ein herkömmliches pneumatisches Förderverfahren, als Einblastechnologie in die Hochtemperaturzone nutzen zu können. Im Projekt soll das sogenannte KOSTE-Verfahren eingesetzt und erprobt werden, bei dem beispielsweise im Gegensatz zu anderen Dichtstromverfahren jede Förderleitung vom SendegefĂ€ĂŸ zur jeweiligen Windform gefĂŒhrt wird, wodurch eine praktisch ver-schleißfreie Förderung bis zu den Windformen auch bei abrasiven staubförmigen Materialien gewĂ€hrleistet ist. Die ESCH GmbH baut im Projekt in diesem Bereich zusĂ€tzlich auf einem eigenen Erfahrungsschatz auf. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Versuche wurden gemeinsam mit dem BFI Betriebsforschungsinstitut VDEh - Institut fĂŒr angewandte Forschung GmbH, DĂŒsseldorf, durchgefĂŒhrt. Das Einblasen der Feststoffe erfolgte an einem Hochofen der Firma DK Recycling und Roheisen GmbH, Duisburg. Neben der Lösung der technischen Probleme wurden die brennstofftechnischen Daten fĂŒr ausgewĂ€hlte Rest- und Abfallstoffe ermittelt und mit hĂŒttentechnischen Brennstoffen verglichen. Eine vorhandene Einblasvorrichtung wurde zum Versuchsbetrieb an dem Hochofen eingesetzt. FĂŒr einen funktionierenden Hochofenbetrieb ist die sogenannte Formgastemperatur eine wichtige KenngrĂ¶ĂŸe. Um den Einfluß des Reststoffeinblasens auf diese KenngrĂ¶ĂŸe beurteilen zu können, wurde auf der Grundlage einer Stoff- und einer adiabatischen WĂ€rmebilanz der Formenzahl ein entsprechender Algorithmus erarbeitet und am PC umgesetzt. Mit Hilfe der PC-Simulation konnten die EinflußgrĂ¶ĂŸen gezielt variiert und somit die notwendigen Änderungen der technologischen Parameter des Hochofens abgeschĂ€tzt werden. WĂ€hrend der Einblasversuche von getrocknetem KlĂ€rschlamm mit einer IntensitĂ€t von bis zu 50 kg/ t Reststoffeinheit (RE) und einem Massenstrom von ca. 0,8 t/h an einem Hochofen wurden Wind- und Hochofengastemperatur, Windvolumenstrom und Winddruck kontinuierlich gemessen und registriert. Des weiteren wurden Eisen- und Schlackenproben und der Hochofenstaub analysiert. Neben der Analyse des Hochofengases erfolgte eine kontinuierliche Messung der Hg-Konzentration des Winderhitzerabgases und eine Analyse der Dioxin-Konzentration des Abgases. Ergebnisse und Diskussion Beim Einblasen von getrocknetem KlĂ€rschlamm mit der unter Punkt 2. genannten IntensitĂ€t wurden keine negativen Auswirkungen auf den Hochofenbetrieb festgestellt. Gleichfalls mit einer IntensitĂ€t von bis zu 0,8 t/h konnte der beladene Aktivkoks ĂŒber die Blasformen dem Hochofenprozeß zugefĂŒhrt werden. WĂ€hrend des KlĂ€rschlammeinblasens wird das metallurgische Schmelzergebnis mit Ausnahme des Phosphorgehaltes im Vergleich zum Normalbetrieb keine wesentlich grĂ¶ĂŸeren Schwankungen auf. Das Roheisen entsprach den festgelegten Normen. Infolge des Einblasens von KlĂ€rschlamm wird die Schlackenmenge signifikant vergrĂ¶ĂŸert. VerĂ€nderungen der Schlackenzusammensetzung wurden nicht nachgewiesen. Das Einblasen von KlĂ€rschlamm und beladenem Aktivkoks bewirkte keine unzulĂ€ssige Schadstoffemission. Die Emissionen, insbesondere die von Quecksilber und Dioxinen/Furanen, zeigten keine signifikanten Abweichungen gegenĂŒber dem Normalbetrieb. Der gesetzliche Grenzwert nach 17. BImSchV wurde fĂŒr die Dioxine/Furane im Winderhitzergas deutlich unterschritten, auch zeigte sich im Hochofengas keine Zunahme an schwefel- und chlorhaltigen Komponenten. Die Ergebnisse und Daten sind im einzelnen im Zwischenbericht zur 1. Projektphase der ESCH GmbH vom Januar 1994 dargestellt. Insbesondere sei auf das Kapitel 4. Orientierende Betriebsversuche, 4.4 Ergebnisse verwiesen. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Die Fortsetzung des Projektes wurde von der E.S.C.H. GmbH mit Datum vom 20.02.1994 beantragt (AZ 01552/02). Im Rahmen der zweiten Projektphase mĂŒssen zur statistischen Absicherung insbesondere auch der umweltrelevanten Ergebnisse weitere Versuche mit einer grĂ¶ĂŸeren Bandbreite an KlĂ€rschlĂ€mmen und beladenen Aktivkoksen sowie anderen feinkörnigen Reststoffen durchgefĂŒhrt werden. Außerdem muß der mögliche Ersatz von Hochofenkoks durch das Blasgut untersucht werden, um die Einsparung von Hochofenkoks durch den eingeblasenen Reststoff zu ermitteln. Durch Steigerung des Einblasmassenstroms, insbesondere auch durch Einbeziehen aller Windformen muß ĂŒberprĂŒft werden, ob der extrapolierte maximale Einblasmassenstrom ohne BeeintrĂ€chtigung des Hochofenbetriebes tatsĂ€chlich erreicht werden kann. Die Analogien zwischen Hochofen und Kupolofen sowie die am Kupolofen erreichten Erkenntnisse beim Einblasen von Herdofenkokses lassen vermuten, daß auch das Einblasen von weitgehend getrocknetem KlĂ€rschlamm sowohl umwelttechnisch als auch technologisch machbar sein wird. Diese Vermutung mĂŒĂŸte durch hinreichend statistisch gesicherte Versuchsergebnisse belegt werden. Auch der Einsatz von Aktivkoks aus der MVA im Kupolofen bedarf insbesondere hinsichtlich möglicher Hg-Quecksilber- und Dioxin-/ Furanemissionen noch weiterer KlĂ€rung. Es ist im Falle der DurchfĂŒhrung des Anschlußprojektes vorgesehen, mit Abschluß des Anschlußphase die Öffentlichkeitsarbeit aufzunehmen, da erst dann Ergebnisse in geeigneter PrĂ€sentationsform vorliegen werden. Kontaktadresse: Engineering Service Center und Handel GmbH, MaxhĂŒttenstraße 19, 07333 Unterwellenborn; Projektleiter: Herr Dr. Lahr, Tel. 03671/674010. Fazit Der wĂ€hrend des Projektes störungsfreie mehrtĂ€tige Versuchsbetrieb bestĂ€tigte nach den der Umweltstiftung vorgelegten Berichten, daß durch das Einblasen von Rest- und Abfallstoffen in die Hochtemperaturzone des Hochofens eine umweltvertrĂ€gliche Verwertung dieser Stoffe möglich ist. Durch das Einblasen von Rest- und Abfallstoffen aus der Abwasser- und Abgasreinigung sind keine negativen Auswirkungen auf den Hochofenbetrieb, keine BeeintrĂ€chtigung der EisenqualitĂ€t und wahrscheinlich keine unzulĂ€ssigen Schadstoffemissionen zu erwarten. Die in den Reststoffen enthaltenen mineralischen Bestandteile, Metalle und Schwermetalle werden mit Ausnahme von Quecksilber in Eisen und Schlacke eingebunden. In weiterfĂŒhrenden Arbeiten wĂ€re eine Gleichverteilung des zu injizierenden Reststoffes auf alle Blasformen des Hochofens zu realisieren, um so die erreichten Ergebnisse, insbesondere die umweltrelevanten Auswirkungen, großtechnisch zu bestĂ€tigen.

Übersicht

Telefon

03671/6740-10

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Bundesland

Alte und Neue BundeslÀnder

Fördersumme

69.791,34 €

Förderzeitraum

05.05.1993 - 14.07.1997