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Verfahren und Einrichtung zum Verbrennen und/oder Zerlegen von Haus-und Industrieabfällen
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Ein mehr oder weniger grosser Teil der Abfallstoffe entzieht sich dem, als Verbrennung zu bezeich- nenden Zerlegungsvorgang in Brenngas einerseits und Asche anderseits, sondern stellt ein bleibendes Ge- misch zwischen Unverbranntem und Brennbarem dar. Man versucht, diese Erfahrung dadurch auszu- gleichen, dass man für die einzelnen Abfallstoffe jeweils besondere Feuerungseinrichtungen entwickelt, z. B. Schachtöfen für körnige Abfallstoffe, Trommelöfen für schlammige, Düsen-Blasöfen für feinpul- verige Abfälle.
Da die Abfallstoffe sich aber aus den verschiedenartigsten Komponenten zusammensetzen, kann auch eine derartige übliche technische Unterteilung nur unvollkommen zum Ziel führen.
Demgegenüber ist die Erfindung als ein völlig neuartiges Universalverfahren auf dem Gebiet der thermischen Abfallbehandlung anzusehen, dadurch gekennzeichnet, dass es praktisch in ein und derselben
Verfahrenseinrichtung Abfälle jeder Art, ob fest, flüssig oder gasförmig, jedweden Heizwertes, ob-sehr niedrig, wie etwa bei Einsatzasche oder sogar negativ, wie etwa bei Feuchtigkeitswasser ober bis zu ho- hen Werten an Abfällen der Kunststoff-und Ölindustrie, praktisch restlos zerlegt in einerseits staubfreie
Rauchgase als Endzustand des Verbrennlichen und eine praktisch ausgebrannte flüssige und entsprechend verformbare Schmelze, als Endzustand des Unverbrennlichen.
Dabei erreicht sie das durch geringeren technisch-wirtschaftlichen Bau-und Verfahrensaufwand, u. zw. durch den Umstand, dass sie in eigenartiger Weise, ohne Rost und/oder Trommel, den AbfaU auf für die
Zersetzung erforderliche, diese aber auch nichtüberschreitendeTemperaturhöhe bringt und dieses in einer als Oberflächenschicht bezeichneten, dünnen Reaktionsschicht, die gleichzeitig Schutzschicht des von ihr begrenzten, als Flammenkammer bezeichneten Arbeitsraumes ist und somit den üblichen Bauaufwand für
Schutz gegen Wärmeverlust sowie gegen Erosionen weitgehend einschränkt.
Das Verfahren nach der Erfindung bringt also gegenüber dem Stand der Technik der Abfallbeseitigung den ausserordentlichen Fortschritt, praktisch universal alle Abfälle in ein und derselben Einrichtung ver- arbeiten zu können, sie praktisch restlos bis in die physikalisch überhaupt erreichbaren Endzustände zu zerlegen und schliesslich diese Vorzüge mit einem praktisch bisher kaum erreichten geringen wirtschaft- lichen Aufwand an Mitteln zu erreichen.
Diese Vorzüge bedeuten, dass das Verfahren nach der Erfindung auch auf Abfälle anwendbar ist, die gerade wegen ihrer bisherigen Verarbeitungsschwierigkeit nicht so sehr als Abfall der Technik, sondern vielmehr als solcher der Wirtschaft angesehen werden mussten, wie etwa Feinerze aus bisher unwirtschaftlich zu verwertenden Lagerstätten, dass auf diese Weise also sowohl anscheinend nicht mehr Verwertbares wie auch bisher noch nicht Verwertbares behandelt werden kann. Die nachstehende Beschreibung kann demgemäss nur eine begrenzte Übersicht über die sich hier der Technik neu eröffnende Möglichkeiten geben : Abfallstoffe in weitestem Sinne als ein bisher zwangsläufig vernachlässigtes bzw.-zurückgebliebe- nes Stoffgebiet technisch-wirtschaftlich zu verwerten.
Die Erfindung benutzt dazu einen nachstehend als Flammenkammer bezeichneten Hohlraum, der oben durch ein reflektierendes Deckengewölbe, im übrigen in der Hauptsache durch einen sich natürlich abböschenden Trichter des Behandlungsgutes begrenzt ist, wobei die Zerlegungsreaktionen sich in und auf dessen Oberflächenschicht unter dem Einfluss der Energieeinstrahlung aus der Flammenkammer in dieser entwickeln, wobei der erforderliche Energieumsatz sich in dieser Oberflächenschicht so stürmisch und so weitgehend vollzieht, dass ausserhalb der Oberflächenschicht nach aussen wesentliche Folgenwirkungen der Energieeinstrahlung unterbleiben.
Dabei wird die Flammenkammer durch eine von oben eingeführt-e Beheizungsflamme auf einer Temperatur gehalten, die genügt, um die als laufende Ergänzung der in der Reaktion sich verbrauchenden Oberflächenschieht zugeführtenAbfallstoffe wenigstens teilweise zu verflüssigen und zusammen mit einem Teil der gasförmigen Produkte durch einen zentralen Ablass im gewölbten Boden der Kammer nach unten austreten zu lassen.
Durch diese Arbeitsweise ergibt sich die Möglichkeit, in der so ausgebildeten Flammenkammer die für die zweckmässigeBehandlung des jeweiligen Gutes erforderliche optimale Temperatur auf bisher nicht bekannte wirtschaftliche Weise einzuhalten, ohne dass dabei durch Wandverkleidung und Boden bisher üblicheBeschränkungen auferlegt werden, da ja diese durch das zu verarbeitende Gut selber gebildet werden. Demgemäss besteht nach der Arbeitsweise eine enge Bindung zwischen den durch das Gut gestellten Arbeitsbedingungen einerseits und den durch das Gut anderseits sichergestellten apparativen Möglichkeiten, Eine Beziehung, die auch bei wechselndem Gut jeweils erhalten bleibt.
Dabei unterliegt das Erreichen der jeweils erforderlichenBeheizungsenergie sowie die Art des Energie- trägers keinerlei Einschränkung. Die vorgesehene Beheizungsflamme kann beispielsweise alleiniger Energiebringer sein, anderseits das zu verarbeitende Gut. Letzterem kann beispielsweise ein besonderer Energieträger beigemischt sein, wie etwa Öl zu an sich energiearmem Einsatzgut.
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Durch das mindestens teilweise Abziehen der gasförmigen und flüssigen Produkte des Verfahrens über einen zentralen Bodenablass aus der Flammenkammer ist ein einfacher, beispielsweise kontinuierlicher steuerbarer Verfahrensablauf gesichert.
Da die Verschiedenheit der in der Flammenkammer zu verarbeitenden Güter naturgemäss verschie- den hohe Energiedichte in ihr verlangt, ist das Volumen der Flammenkammer durch Veränderlichkeit ihrer Höhe dieser Forderung anpassbar.
Da bekanntlich das Abführen besonders gasförmiger Reaktionsprodukte vom Reaktionsort eine Vor- aussetzung für den geregelten und schnellen Fortschritt einer Reaktion ist, sieht die Arbeitsweise vor, einen Teil der Reaktionsgase fallweise nach oben abzuführen. Dabei kann man derartige gasförmige Re- aktionsprodukte teilweise unmittelbar derBeheizungsflamme zuführen und sie dadurch im Verfahren sel- ber ausnutzen. In derartigen Fällen kann es zweckmässig sein, diese Zufuhr durch Ansaugen der gasförmi- gen Reaktionsprodukte und Eindrücken in die Beheizungsflamme zu unterstützen.
Man kann sie anderseits zum Vertrocknen und Vorwärmen des Reaktionsgutes benutzen. Dabei ist es zweckmässig, sie im Gegenstrom durch das Reaktionsgut zu führen, besonders auch auf dessen Weg zur
Flammenkammer. Geschieht das beispielsweise in einemZufuhrschacht und wird beispielsweise die Flam- menkammer unter Überdruck gehalten, so kann man auf diese Weise erreichen, dass die im Gegenstrom durch dasReaktionsgut hochgeführten Reaktionsgase aus ersterem Feuchtigkeit und etwa sonstige flüchtige
Bestandteile freimachen und abführen und auf diese Weise die eigentliche Flammenkammer von dieser
Energie verbrauchendenaufgabe entlasten. Die dabei gleichzeitig auftretende Vorwärmung des Reaktions- gutes im Zufuhrschacht kann auch durch Wärmeaustausch längs seiner Wandungen erfolgen.
Es kann da- bei zweckmässig sein, dass das Gut im Zufuhrschacht bewegt wird, um es für den Gasdurchtritt offen zu halten. Eine solche Bewegung kann auch vorteilhaft sein, um den Zufluss des Gutes in die Flammenkam- mer zu steuern. Sie kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass man Teile des Zufuhrschachtes und/oder die Aussenhülle der Flammenkammer gestaltet und gegebenenfalls mit in das Gut eingreifenden
Mitnehmern versieht. Derartige Mitnehmer können auch. so eingerichtet sein, dass sie mechanisch Rück- stände entfernen, die als Komponenten im Ausgangsgut vorhanden sind und bei der Reaktion in der Flam- menkammer fest bleiben.
Soweit im Zufuhrschacht aus dem Gut verfahrenstechnisch Abgase entstehen oder durch dasselbe hin- durchgeleitet werden, wobei sie aus dem Gut zusätzliche Stoffe aufnehmen können, wie etwa Wasser, oder in diesem absetzen können, wie etwa Stäube, kann es verfahrenstechnisch zweckmässig sein, den
Zufuhrschacht für das Gut oben abzuschliessen und besondereAuslässe für die Abgase vorzusehen, beispiels- weise seitlich.
Haben diese Abgase für den Verfahrensablauf einenNutzungswert, beispielsweise infolge ihres Anteiles an Brennbarem oder müssen sie überhitzt werden, beispielsweise zum Entodorisieren, so ist es zweck- mässig, sie mit aus der Flammenkammer unmittelbar abziehenden und demgemäss in der Regel heisseren Reaktionsgasen zu vereinigen. Diese Vereinigung kann in einer an die Flammenkammer angeschlossenen Nachbrennkammer erfolgen. In dieser kann durch geregelte Zufuhr etwa von Sauerstoff ein regelbarer Endausbrand der das Verfahren verlassenden vereinigten Gesamtabgase erfolgen.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die Abgase, etwa aus dem Zufuhrschacht und die unmittelbar aus der Flammenkammer abziehenden Reaktionsgase, für sich oder vereinigt, in einem Zustand anfallen, der ihre Nachbehandlung, besonders auch ihre Nutzung erleichtert. Diese Nachbehandlung kann in einem Entzug bestimmter Komponenten bestehen, wie etwa Reinigung und/oder Entgiftung oder im Ausnutzen ihres Wärmeinhaltes. Zu diesem Zwecke kann der Flammenkammer bzw. Nachbrennkammer ein Abhitzekessel nachgeschaltet oder diese selber als solcher ausgebildet sein.
Es kann auch anderseits die Flammenkammer in der Weise eingerichtet sein und betrieben werden, dass in ihr Abfallbrennstoffe, ohne besondere Vorbereitung ausserhalb des Verfahrens eingesetzt und verbrannt werden in der Weise, dass dieReaktionsgase ihre Wärme unmittelbar anschliessend an die Berohrung eines üblichen Kesselsystems abgeben. In diesem Falle stellt die Flammenkammer demgemäss dessen Feuerraum dar.
Bei dieser Verfahrensweise, insbesondere der Behandlung des Entstehens und Abführens der Reaktionsgase, ist es zweckmässig, die Luftzufuhr zur Flammenkammer bzw. auch zur Nachbrennkammer, zu unterteilen.
Diese Unterteilung kann beispielsweise derart erfolgen, dass man einen ersten Teilbetrag der Beheizungsflamme unmittelbar zuführt, einen zweiten sie umkreisend von oben in die Flammenkammer eintreten lässt. Einen dritten Teilbetrag kann man so leiten, dass es das die Wandbekleidung bildende Gut von der Flammenkammerseite her überspült, einen vierten so, dass er dieses Gut von aussen her in Richtung
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Lässt man diesen sehr dünnen Film über den Rand des schnell rotierenden Sammelbehälters austreten, so zerteilt ihn die hier wieder wirksam werdende Oberflächenspannung automatisch in von dem Rande ab- fliegende sehr kleine und unter sich praktisch gleichartige und gleichgrosse Schmelzteilchen,
aus denen sich beispielsweise unmittelbar abkühlend sehr feine gleichmässige Schlackefasern ergeben.
Bei der Fülle der Anwendungsmöglichkeiten kann man sie nicht einzeln aufführen. Bei mehr oder weniger flüssigen, besonders wasserhaltigen Abfällen wie etwa Klärschlamm, wird man sie vor dem Ein- treten in die Flammenkammer, wo. sie ebenfalls eine diese auskleidende Oberflächenschicht-Hüllwand bilden, durch Abgase aus dem Verfahren vortrocknen. Der Wasserentzug kann aber auch schon vorher in einem Sprühtrockner vor sich gehen, durch den das flüssige Gut vorher geleitet und mittels aus der Flam- menkammer abziehender Reaktionsgase getrocknet wird.
Die Zeichnungen sollen die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutern.
Fig. 1 stellt eineFlammenkammer mit nachgeschalteter Nachbrennkammer dar. Fig. 2 zeigt die Aus- bildung der Nachbrennkammer als sekundäre Flammenkammer und die Nachbehandlung der Schmelze.
Fig. 2a lässt erkennen, wie aus der Schmelze Feinaufteilungen erzielt werden können. Fig. 3 gibt eine
Flammenkammer mit zur Vorbehandlung des Arbeitsgutes nach oben verlängertem Zufuhrschacht wieder.
Fig. 4 macht das Behandeln flüssiger Abfallstoffe sowohl in der Flammenkammer wie in einem von deren
Abgasen beheizten Sprühtrockner und einem Abhitzekessel'ersichtlich. Fig. 5 zeigt die Flammenkammer als Teil eines Dampferzeugers. Fig. 6 dient zur Erläuterung der Reaktionsvorgänge an der Oberflächen- schicht 3 der hier nur halbseitig angedeuteten Flammenkammer.
In allen Figuren haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird die Flammenkammer 1 von dem Böschungstrichter 3 der kreuz- schraffiert angedeuteten Abfallstoffe gebildet. die von dem Aussenmantel bzw. Boden 6 umgrenzt wer- den, der einen zentralen unteren Ablass 2 für die schmelzflüssigen Produkte und einen Teil der Re- aktionsgase aufweist. Der Beheizungsbrenner 5 sitzt in dem höhenbeweglichen Verdrängungskörper 7, der unten als reflektierendes Deckengewölbe für die Flammenkammer ausgebildet ist und zusammen mit dem Aussenmantel einen ringförmigen Zufuhrschacht 11 bildet. Durch die Höhenvorstellung des Verdrängungskörpers 7 wird das Volumen der Flammenkammer sowie die vom natürlichen Böschungswinkel abhängige Ausbildung der Oberfläche des Böschungstrichters 3 verändert.
DieGesamtluftzufuhr 8 zur Flammenkammer. durch die diese unter Druck gesetzt wird. ist in mehre- re Teilströme 11-L5 aufgeteilt, die durch Drosseln 9 regelbar sind.
Aus derFlammenkammer 1 zieht ein mit 10 bezeichneter Teil der Reaktionsgase nach oben und trocknet im Zufuhrschacht 11 das im Gegenstrom niederfliessende Gut in der Weise, dass die dabei ent- stehenden Abgase 12 die Feuchtigkeit aufnehmen und mit dieser über den Auslass 13. geregelt durch die Drossel 16, über die Leitung 17 in die Nachbrennkammer 18 eintreten. Dabei kann der Um- lauf durch ein Umlaufgebläse 79 geregelt werden. Die Umlaufgase vermischen sich in der Nachbrenn- kammer mit dem Anteil 20 der Flammenkammerabgase, die aus der Flammenkammer unmittelbar durch den Ablass 2 nach unten austreten.
Der die Flammenkammer aussen umgrenzende gewölbte Aussenboden 6 ist beispielsweise auf Rollen 21 drehbar gelagert und etwa mit in das Gut eingreifenden Mitnehmern 22 ausgerüstet. Um die Dreh- und Höhenbeweglichkeit der genannten Teile und den gasdichten Abschluss zu gewährleisten, sind neben einem den Zufuhrschacht 11 abschliessenden Deckel 23 Wasserverschlüsse 14, 15, 24 und 25 vorgesehen. Bei 27 ist der Austritt der Reaktionsgase 20 und der mit ihnen vermischten Abgase 12 aus der Nachbrennkammer 16 angedeutet. Die flüssige Schmelze 19, die aus der Flammenkammer 1 über den zentralen Ablass 2 nach unten abläuft, gelangt beispielsweise in eine Nachbehandlungseinrichtung 26. Der zentrale Ablass 2 ist hier durch eine ringförmige Kühlkammer 80 umschlossen.
Von dieser können wärmeentziehende Metallstreifen 81 radial nach innen in die keramische Innenauskleidung hinein abzweigen.
Der Auslauf der Schmelze nach unten in dieNachbehandlungseinrichtung 26 kann durch einen Absperrschieber 82 unterbunden und die Schlacke dadurch veranlasst werden, weiter oben seitlich durch einen Sonderablauf 83 auszufliessen und etwa an andererstelle in die Nachbehandlungseinrichtung 26 einzutreten, wobei sie dort in diesem Falle anders als bei dem unmittelbaren Auslauf nach unten behandelt werden kann.
In dem gewölbten Aussenboden 6 ist eine nach Bedarf zu betätigende Mannloch-Öffnung 84 angedeutet. Durch diese kann die Flammenkammer ihres Inhaltes an Arbeitsgut entleert und betreten werden.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Einrichtung stellt Fig. 2 und der Boden 4 der Flammenkammer 1 dar. Auch hier wird die konische Oberfläche von dem zugeführten Gut gebildet. In diesem Falle
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das reflektierende Deckengewölbe als Teil des höhenbeweglichen Verdrängungskörpersdere Einrichtungen, um einen Teil der Reaktionsgase 28 nach oben aufzufangen, zu sammeln und zur
Beheizungsflamme 5 umzuleiten, wofür an der Beheizungseinrichtung Führungsschaufeln.'orgesehen sind. Ein Teil der Reaktionsgase 28 wird über eine Drossel o in einen allgemeinen Gasabgang 31 ! geführt. Der Zufuhrschacht 11 für das Gut ist mit dem Deckel 23 versehen und über Wassertasse 15 gegen die Aussenwelt gasdicht abgeschlossen.
Die Luftzufuhr 8 zur Flammenkammer 1 teilt sich über Drosseln 9 in einen Teilbetrag L1 zur Beheizungsflamme und einen diese kreisend umgeben- den Teilbetrag L2 auf. Für diesen sind Führungsschaufeln 32 angedeutet.
Unter der äusseren Umkleidung 33 der Flammenkammer befindet sich hier unterhalb des zentralen
Ablasses 2 eine Kammer 34. Ihr Boden wird durch einen im Lager 35 drehbeweglich gelagerten
Behälter 36 gebildet. Dieser nimmt die aus 1 ausfliessende Schmelze 19 auf. Sie wird von dem ebenfalls über 2 nach unten austretenden Teil der Reaktionsgase 20 beheizt. Deren Führung in dem
Deckelabschluss 43 sieht vor, einen mit 37 bezeichneten Teilstrom dieser Beheizungsgase ebenfalls im Kreislauf zur Achse umzuleiten. Der Rest, mit 38 bezeichnet, zieht über eine Drossel 16 zum
Schornstein 31 ab. Hat die Teilschmelze 39 im Behälter 36 durch die Beheizung beispielsweise eine überhitzende, homogenisierende, raffinierende oder legierende usw.
Nachbehandlung erfahren, so kann man periodisch durch Rotieren des Behälters 36 die Schmelze über seinen Rand in eine ringsum- gebende Kammer 40 übertreten lassen. Aus dieser lassen sich die leichten Anteile über einen Über- lauf 42 abziehen, die von ihnen abgedeckten schweren Anteile beispielsweise über einen Siphonab- lauf 41. Die Luftteilströme L3 und L4 sind bei dieser Art der Nachbehandlung so geführt, dass L3 auf dem Wege zur Kammer 34 den Boden der Kammerauskleidung 33 kühlt, während L4 über eine Ringleitung 44 und Einblasdüsen 45 in die Kammer 34 eintritt.
Bei dieser Arbeitsweise wird man während der Perioden der Nachbehandlung in der Kammer 34 den
Zufluss aus der Flammenkammer l zeitweise abstellen wollen, ohne deren kontinuierliche Arbeitsweise
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vorübergehend anzustauen, während dieser Zeit zu überhitzen und bereits hier thermisch zu veredeln, bevor man sie durch Herausziehen des Sperrorgans 71 zur Nachbehandlung nach unten abfliessen lässt.
In Fig. 2a ist ein Fall einer derartigen Nachbehandlung angedeutet. Hier ist der bei 35 gelagerte Behälter 36 darauf eingerichtet, mit hoher Drehzahl zu rotieren und dabei die aus der Flammenkammer 1 ausfliessende Schmelze 19 zu einem, seinen Boden und die steile Wand 47 bekleidenden sehr dünnenFilm 46 auseinander zu ziehen, u. zw. infolge der die Oberflächenspannung in der Schmelze zurückdrängenden Zentrifugalkraft. Dabei wird das Innere des Behälters 36 und die Schmelzschicht 46 durch die mit 49 angedeutete Beheizung mittels der aus der Flammenkammer 1 bei 2 austretenden Reaktionsgase 20 heiss gehalten. Beim Austreten aus dem Behälter 36 über den oberen Rand der Wand 47 trennt die wiedereinsetzende Oberflächenspannung den Schmelzfilm bei 48 in gleichgrosse ausserordentlich feine, strahlenförmig auseinanderfliegende Teilchen auf.
Durch Abkühlen formen sie sich endgültig zu sehr feinen Schlackenfäden oder Kügelchen aus.
Dieser Aufteilungsvorgang, bedingt durch das vorübergehende Zurückdrängen der Oberflächenspannung mittels der Zentrifugalkraft, ist über diese, in Verbindung mit der Regelung des Zuflusses 19 und beispielsweise der Zusatzbeheizung 49 sowie der Abkühlung regelbar.
In Fig. 3 ist schematisch eine weitere Möglichkeit dargestellt, das zur Flammenkammer 1 führende Gut im Zufuhrschacht 11 vorzubehandeln. Zu diesem Zweck ist dieser nach oben verlängert, u. zw. durch denFortsatz 51 des Verdrängungskörpers 7 und durch entsprechende Verlängerung der Aussenwand 54 nach oben. Beide sind als keramische Wände ausgeführt, die in der Weise beheizt werden, dass aus der Flammenkammer 1 die Reaktionsgase 28 durch Kanäle im Verdrängungskörper 7 einerseits aufsteigen, während anderseits die nach unten abziehenden Reaktionsgase 20 in Umlaufka-
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Retorte. Demgemäss treten aus seinem oberen Teil vorwiegend Wasserdämpfe des Trocknungsvorganges aus und in die Ableitung 31 über.
Vorher werden sie durch die den Verdrängungskörper 7 obenverlassenden Reaktionsgase 28, mit denen sie sich dort beispielsweise bei 55 vermischen, aufgeheizt bzw. entodorisiert.
Das vorgetrocknete Gut entbindet im unteren Teil des Zufuhrschachtes 11 flüchtige Bestandteile 56, die zur Ausnutzung ihres Brennwertes in den Kanälen 53 mit den dort aufsteigenden Reaktions-
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gasen 20 zusammengeführt werden. Die zum Verbrennen erforderliche Zusatzluft ist in Fig. 3 bei L5 angedeutet. LI bedeutet die Luftzufuhr zum Brenner 5, L2 die ir Vorwärmkanälen abwärts ge- richtete Luftzufuhr zu Führungsschaufeln rings um die Beheizungsflamme. Der nach oben verlängerte Ver- drängungskörper wird von Traversen 59 gehalten und ist über diese in beispeilsweise hydraulisch hetä- tigten Hubeinrichtungen 57 höhenbeweglich gelagert.
Sein oberer Deckelabschluss 23 ist beispiels- weise zum Verschliessen des Zufuhrschachtes 11 vergrössert und nach unten hin durch einen in diesen teleskopartig eingreifenden Mantel 58 verlängert. Mit 60 sind Beobachtungsöffnungen angedeutet.
Fig. 4 stellt das Behandeln vorzugsweise flüssiger Abfallstoffe dar. In diesem Falle ist der Verdrän- gungskörper 7 am unteren Rande mit einer Flüssigkeitstasse 14 versehen, in die von oben der Ring- ) mantel 61 eines oberen Einfülltriehters 62 eingreift. Beim Einfüllen von flüssigem Abfallstoff bildet der Überlauf nach unten ringsum einen flüssigen Tropfenschleier 3 als Wandverkleidung der Flam- menkammer 1. Aus dieser austretende Reaktionsgase 10 treten durch diesen Tropfenschleier trock- nend hindurch und sammeln sich in dem Ringkanal 64, der nach aussen durch eine äussere Wasser- tasse 15, nach innen durch die Flüssigkeitstasse 14 abgedichtet ist.
Demgemäss müssen die mit 12 i bezeichneten Abgase nach dem Trocknungsvorgang den Abzug 17 benutzen, der sie über eine Dros- sel 16 in den Hauptabgasstrom 27 hinter dem Kessel eintreten lässt.
Das vorbehandelte Gut sammelt sich am Boden der Flammenkammer 1 bei 4, beispielsweise mit zunehmendem Gehalt an Feststoffen. Aus diesen wird unter der Einwirkung der Beheizungsflamme 5 der schmelzbare Anteil 19 durch den zentralen Ablass 2 nach unten in die Nachbehandlungskammer 26 geleitet. Ein Teil der Schmelze kann durch einen Siphonablauf 65 kontinuierlich abflie- ssen. Die Reaktionsgase 20 können in dem Wärmeaustauscher 66 ihre Wärme abgeben. Nach dieser
Wärmeabgabe werden sie bei 27 in einen Sprühtrockner 67 bekannter Bauart eingeleitet. In diesem fällt dieErststufe 68 des zu behandelnden flüssigen Gutes, z. B. nasser Klärschlamm, auf einen schnell rotierenden Behälter 36 nach Fig. 2a und teilt sich zu einer aus sehr feinen, untereinander praktisch i gleichgrossen Teilchen bestehenden Sprühschicht 48 auf.
Das durch diese von unten her durchtretende
Abgas 27 entbindet aus ihr einen Teil des Wassers und trägt ihn bei 31 aus dem Trockner aus. Die so vorentwässerteFlüssigkeit sammelt sich in derRinne 69 und wird aus dieser über einFördermittel 70 in der schon beschriebenen Weise bei 63 in den Fülltrichter 62 aufgegeben.
In Fig. 5 ist dieFlammenkammer 1 mit ihren Einrichtungen wesentlicher Bestandteil eines Haupt- dampferzeugers 66. Abfallbrennstoffe hohen Feuchtigkeitsgehaltes und schwankender physikalischer Be- schaffenheit werden beispielsweise auf Bunker 73 aufgegeben und in diesen von Brechzuteilern 74 erfasst, vorzerkleinert, durchgemischt und in den Zufuhrschacht 11 eingegeben. In diesem wird ihnen durch im Gegenstrom aus der Flammenkammer 1 aufsteigendes heisses Reaktionsgas die Feuchtigkeit entzogen. Sie verlässt mit diesem Reaktionsgas als Abgas 12 den Zufuhrschacht bei 13 und kann, durch Drosseln 16 gesteuert, bei 31 unmittelbar ins Freie abgeleitet werden.
Auf diese Weise löst das Verbrennungsverfahren auf einfache Weise das Trocknungsproblem, ohne beispielsweise den Feuerraum 1 und 13 und den Kessel 66 mit dem Wassergehalt der Abgase zu belasten. Auf diese Weise ist es möglich, Abfallbrennstoffe ohne äussere Vorzerkleinerung geschweige dennFeinmahlung oder Vortrock- nung in einem einzigen geschlossenen Verfahren mit hohem thermischem Wirkungsgrad zu verbrennen, durch schmelzf1üssigenAbzug desUnverbrennlichen 19 praktisch ohne Staubabfall im Abgas 20 nach Art eines Schmelzkammerkessels zu arbeiten und somit im Aufbau und Betrieb erhebliche wirtschaftliche Vorteile zu gewinnen.
In diesem Falle wird zweckmässig die Nachbrennkammer 18 durch eine robrbekleidete Wand 75 bereits Teil des eigentlichen Dampferzeugers 66. Ein Zusatzbrenner 76 hilft zweckmässig den Bedarf des Dampferzeugers 66 an Wärme auch bei schwankendem Wärmeinhalt des Abfallbrennstoffes sicher zu stellen. Sofern die Abgase 12 aus dem Zufuhrschacht 11 infolge ihres etwaigen Anteiles an Brennbarem noch auszunutzen sind oder sofern sie zum Entodorisieren in Sonderfällen überhitzt werden sollen, leitet man sie beispielsweise bei 27 in die Nachbrennkammer oder etwa bei 77 in einen ihrer Temperatur entsprechenden Teil des Dampferzeugers 66.
Fig. 6 soll den erfindungsgemäss bewirkten Vorgang des Verbrennens und/oder Zerlegens der Abfallstoffe in der Oberflächenschicht 3 schematisch andeuten, wobei besonders auf den Unterschied eines üblichen reinen Abschmelzvorganges in Schmelzöfen ohne Mitwirken gaserzeugender wesentlicher Brennstoffanteile im Arbeitsgut hinzuweisen ist.
Die Fig. 6 stellt die linke Hälfte einer Einrichtung nach der Erfindung im Schnitt dar, die wieder den äusseren Mantel oder Boden 6, den höhenbeweglichen Verdrängungskörper 7 mit nach unten reflektierendemDeckengewölbe, und den zwischen beiden gebildeten Ringspalt 11 aufweist, in welchem sich
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das zu bearbeitendeAbfallgut im Sinne der Pfeilrichtung 78 nach unten in Richtung auf die Flammenkammer l zu bewegt. Mit 2 ist der zentrale Ablass am Boden bezeichnet, durch den Reaktionsgase 10 sm flüssigeschmelze 19 nach unten abziehen, erstere in Richtung zum Kessel 66, die Schmelze in di. Nachbehandlungseinrichtung 26..
LI ist die durch die Drossel 9 geregelte Luftzufuhr zur zentralen Beheizungsflamme 5, L2 die über Führungsbleche 32 spiralend am Deckengewölbe 7 innen nach unten strömende und L3 diejenige Luftmenge, die ebenfalls geregelt über eine Kammer 79 im Deckengewölbe, diesem hier Wärme abnehmend, am Umfang der Flammenkammer 1 in diese eintritt. Mit L4 ist derjenige geregelte Luftanteil bezeichnet, der durch das Arbeitsgut hindurchtritt, mit L5 schliesslich ein ebenfalls geregelter Teil, der, beispielsweise die keramische Auskleidung des zentralen Ablasses 2 kühlend, an dieser in den Abgang 20 des Reaktionsgases zum endgültigen Ausbrennen desselben eingeführt wird.
Das zu behandelndeArbeitsgut ist in Schrägschraffur angedeutet, u. zw. sollen die schwarzen Schrägbalken 80 rein schematisch den reinen Brennstoffanteil"C"bedeuten, welcher sich im Verbrennungsvorgang restlos in Gas umwandelt. Die senkrecht schraffierten Schrägspalten 81 deuten dagegen das Unverbrennliche an, wie es endgültig als Schmelze 19 im Ablass 2 das Verfahren verlässt. Im oberen Teil des Ringspaltes 11 ist in einem nach unten spitz zulaufenden Bereich dieser Anteil 81 zusätzlich quer schraffiert, um anzudeuten, dass hier das Arbeitsgut noch Feuchtigkeit 82 enthält.
Diese wird aber in dem spitz nach unten zulaufenden Trocknungsbereich von dem aus der Flammenkammer aufsteigenden, allgemein mit 10 angedeuteten, Teilgasstrom aufgenommen und über Drossel 16 und Leitung 17 in die Nachbrennkammer 18 umgeleitet, wo sie sich unter Umgehung der eigentli- chenFlammenkammer 1 mit deren Abgasen 20 wieder vereinigt, bevor diese zum Kessel 66 ab- ziehen. Mit 3 ist die Oberflächenschicht des natürlichen Böschungstrichters angedeutet, die von dem
Strahlungszentrum 83, also dem Flammenzentrum, beispielsweise direkt und über das reflektierende
Deckengewölbe 7 mittelbar ausgestrahlt und so mit Energie versorgt wird.
Hätten wir es mit einem einfachen Abschmelzvorgang zu tun, so würde sich der Einfluss dieser Ener- gieeinstrahlung auf die Oberfläche 3 durch diese hindurch nach aussen hin fortsetzen, infolge der na- türlichen Wärmeleitung des Arbeitsgutes und würde eine immer grösser werdendeTiefenzone beheizen, sintern, zum Schmelzen bringen, in aus Schachtofenbetrieben bekannter Weise sogar bis in den Ring- spalt 11 hinein und in diesem aufsteigend. Das enge Gegenmittel gegen diese natürliche Tendenz der Wärmeableitung, ist dabei die Wärmeaufnahmefähigkeit des im Gegenstrom, in diesem Falle ohne
Brennstoff, zufliessenden Schmelzgutes. Dessen Wärmeaufnahmefähigkeit ist in der Regel nicht ausrei- chend und nicht regelbar.
Demgegenüber ist es das typische Kennzeichen der Oberflächenschicht 3 nach der Erfindung, dass sie einerseits einen ausserordentlichen, die eingestrahlte Energie praktisch auf kleinem Raum absorbierenden eigenen Energiebedarf hat und dass dieser nach den Merkmalen der Erfin- dung weiterhin regelbar ist.
Erfahrungsgemäss, in Übereinstimmung mit den Erkenntnissen der Verbrennungstheorie, vollzieht sich nämlich bei der erfindungsgemässen Anordnung folgender Vorgang :
Die Oberflächenschicht 3 liegt zwischen der eigentlichen Brennstoffoberfläche und der eigentli- chen Verbrennungsfläche. Ist dem Abfall, hier vorübergehend als Brenngut bezeichnet, die Feuchtigkeit durch den Teilgasstrom 10 im Ringspalt 11 entzogen, dann beginnt, etwa beim Eintritt in den Be- reich derEnergieeinstrahlung der Flammenkammer, seine Temperatur über 100 C anzusteigen, also nicht viel früher. Dabei erreicht sie zuerst den Bereich, bei dem aus dem Brenngut die flüchtigen Bestandteile frei werden, die, mit 87 bezeichnet, in die Flammenkammer, die Flamme 83 nährend, eintreten.
Ihr Ursprung ist ein endothermer Vorgang, er verzehrt somit den Wärmefluss nach aussen. Ist die Energie- einstrahlung stark genug, wie wir grundsätzlich, u. zw. erfindungsgemäss auch durch entsprechendes Einstellen des Flammenkammervolumens voraussetzen, so erhitzen sich gleichzeitig die unverbrennlichen Bestandteile 81 des Brenngutes bis zum Schmelzpunkt und fliessen als Tropfen 88 aus dieser mit 86 angedeuteten"Schwelzone"zum zentralen Ablass nach unten ab.
Damit geben sie den an bzw. dicht unter der Oberfläche entstehenden Schwelgasen 87 den Austritt in die Flammenkammer 1 erst recht frei und eröffnen dem wärmeverbrauchenden Verschwelungsvorgang damit die Möglichkeit, intensiv immer mehr Wärme zu verbrauchen, auf kleiner Schichtdicke an der Oberfläche 3 also zunehmend grosse Mengen Schwelgas 87 nach innen abzustossen, dergestalt, dass anderseits nach aussen Wärme erst recht nicht mehr abfliessen kann. Auf der andern Seite wird durch den laufenden Abzug der Tropfen 88 auch der eigentliche Brennstoffanteil 80 imBrenngut immer mehr freigelegt.
Demgemäss kann mit 84 be- zeichnetes CO aus der Verbrennungsflamme 83 kommend, dieses freigelegte C an der Brennstoffoberfläche 3 immer besser berühren und wird sich nach der Gleichung
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(1) COz + C = 2 CO-38 400 kcal/kmol zu CO konvertieren.
Dieses CO, mit 85 bezeichnet, tritt als Brenngas von der Brennstoffoberfläche zur eigentlichen
Verbrennungsfläche in Richtung auf das Flammenzentrum 83 zurück. Energiemässig ist dabei zu be- achten, dass der durch die Gleichung (1) dargestellte Vorgang an der Brennstoffoberfläche 3 an sich ebenfalls endotherm ist, also Wärme verbraucht bzw. nicht nach aussen ausströmen lässt. Erst oberhalb der Oberflächenschicht 3 bzw. in Bereich der Flamme 83 vollzieht sich die eigentliche Verbren- nung nach der Gleichung (2) 2 CO + O ; ; = 2CO2 + 135 400 kcal/kmol ; sie ist exotherm, wobei die dabei entwickelte Wärmeenergie aus demFlammenzentrum 83 unmittel- bar oder mittelbar über das reflektierende Deckengewölbe 7 auf die Oberflächenschicht erfindungsge- mäss einstrahlt.
Damit dieser Vorgang, wie geschildert, intensiv verläuft, muss erfindungsgemäss die Vor- kehrung getroffen werden, dass der nach Gleichung (1) für den Schwelvorgang nicht erforderliche, sogar durch Eigenbedarf an Aufheizungswärme störende Luftzutritt zur Oberflächenschicht hier unterbunden ist, ein Vorgang, der beispielsweise an üblichen Rost- oder Trommelfeuerungen nicht realisiert ist. Ander- seits muss der nach Gleichung (2) erforderliche Luftbedarf der eigentlichen Flamme 83 oberhalb der Oberflächenschicht 3 zugeführt werden, möglichst sogar und erfindungsgemäss schon vorgewärmt, also mit Eigenwärme ausgestattet.
Das geschieht erfindungsgemäss etwa durch die dargestellten geregelten
Luftwege Ll, L2 und besonders L3 und durch Vorwärmen, beispielsweise in der Kammer 79 bzw. bereits ausserhalb der Gesamteinrichtung. Ist das durch die Gleichung (1) geschilderte endotherme Ent- binden flüchtiger Bestandteile an und aus der Oberflächenschicht 3, etwa im Bereich 86, vollen- det, also der eigentliche Reaktionsvorgang und Energieverbrauch erfindungsgemäss hier auf die Oberflä- chenschicht 3 begrenzt, so verbleiben in derselben in Richtung nach unten noch Kohlenstoffteile 80, die weder durch Energiezufuhr noch durch C02 -Zufuhr entsprechend Gleichung (1) verschwelt oder ver- gast sind.
Demgemäss wird ihnen nach der Erfindung ein Luftbetrag L4 geregelt durch das Brenngut hin- durch zugeführt, um diesen in der Regel glühenden Restkokskohlenstoff zu vergasen nach der Gleichung (3a) C + 02 = COjj + 97000 kcal/kmol oder (3b) C + 0 = CO + 29 300 kcal/kmol erstere mit grösserer, letztere mit kleinerer Wärmetönung. Bekanntlich verschiebt sich die Tendenz von der grösseren zur kleineren Wärmetönung, also von Gleichung (3a) zu Gleichung (3b) nach dem von Le Chatelier aufgestellten Prinzip vom kleinsten Z wang, mit steigender Temperatur.
Es wird also eher die Gleichung (3b) mit dem Endprodukt CO, als 89 bezeichnet, im unteren Bereich 90 der Oberflächenschicht 3 ablaufen und wieder die Endverbrennung des CO nach Gleichung (2) in den Flammenraum 83 oberhalb der Oberflächenschicht 3, d. h. aus dieser heraus, verlegen. Das wird durch die erfindungsgemäss vorgesehene hohe Einstrahlungstemperatur bzw. hohe Energiedichte in der1'1amrnenkammer 1 bewirkt und gestützt.
Die Luftzufuhr L4 hat dabei zusätzlich und erfindungsgemäss die Aufgabe, die sich vorzugsweise nach Gleichung (3b) entwickelnden CO-Gase 89 strömungstechnisch ausderOberfläche 3 in die Flammenkammer l hineinzuschieben und auch auf diese Weise den Versuch der eingestrahlten Energie, etwa durch die Oberflächenschicht 3 nach aussen hin zu entweichen, im "Gegen- stoss" von vornherein zu unterbinden.
Somit stellt die nachgewiesene Arbeitsweise der Oberflächenschicht 3 nach der Erfindung auch wirtschaftlich einen ausgezeichneten Schutz gegen Wärmeverluste nach aussen dar. Anderseits ist das unter bzw. ausserhalb der Oberflächenschicht 3 liegende schraffierte Arbeitsgut praktisch am Verfahren unbeteiligt. Es bleibt unberührt, unzersetzt und unverbrannt als Grundfüllung liegen. Der Zufluss aus dem Ringspalt 11 fliesst darüber hinweg in die reagierende Oberfläche 3.
Für die geschilderten Vorgänge an der Oberfläche 3 ist es typisch, dass sie umso reaktionsfähiger und schneller verlaufen, auch umso präziser, je stärker die Energieeinstrahlung ist. Dadurch begrenzen sie anderseits umso genauer die Dicke der Oberflächenschicht, unterbinden den Wärmefluss nach aussen ; speisen aber entsprechend stärker Brenngase in das Energie zurückstrahlende Flammenzentrum 83 ein. Auf diese Weise arbeiten sich beim erfindungsgemässen Durchführen des Verfahrens Reaktionsgeschwindigkeit und Reaktionsumsatz gewissermassen automatisch wechselwirkend hoch und begründen die Wirtschaftlichkeit des Gesamtablaufes auf ungewöhnlich kleinem Reaktionsraum. Diese Erkenntnis und ihre
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