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Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, sowie Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, bei welchem die Durchsatzmenge des Brenngutes in Abhängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die
Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist, in den Feuerraum Wasser eingeführt wird und durch Erwär- mung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Wassers die Verbrennungsgase im Feuerraum gekühlt werden, wobei die eingeführte Wassermenge in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase geregelt wird, und einen Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens.
Bekanntlich fallen in den städtischen Kläranlagen und in derIndustrie vielfach Abwässer an, die nicht nur stark verschmutzt, sondern sogar verseucht, d. h. mit toxisch wirkendem Schmutz, Salzen, Säuren und Riechstoffen oder sogar ausgesprochenen Giftstoffen beladen sind, so dass diese Abwässer, die in Form von wässerigen Lösungen und/oder Suspensionen anfallen, nicht in natürliche Gewässer bzw. in die Kanalisation abgelassen werden können. Abgesehen vom Problem der hygienischen Vernichtung von verseuchten Industrieabwässern, die oftmals hohe Gehalte an Salzen, Säuren und Giftstoffen aufweisen, stellt auch die hygienisch einwandfreie Beseitigung der in den städtischen Kläranlagen anfallenden Schlammsuspensionen mit einem Feststoffgehalt bis zu 8% ein noch immer offenes Problem dar.
Anderseits besteht bei der Abfall- und insbesondere Müllverbrennung ein Problem darin, dass im Verbrennungsofen entwickelte Wärme einfach und unmittelbar, d. h. ohne besonderen apparativen Aufwand, verwertet wird.
Gemäss der Erfindung soll nun eine gleichzeitige Lösung dieser beiden Probleme im Rahmen der Abfall-, insbesondere Müllverbrennung gefunden werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Verbrennung der Abfallstoffe bzw. des Mülls mit der Vernichtung von verseuchtem Abwasser, insbesondere aus kommunalen Abwasser-Kläranlagen, dadurch vereinigt wird, dass das Abwasser in feinverteiltem Zustand in den Feuerraum eingeführt und die durch die Verbrennung der Abfallstoffe erzeugte nutzbare Wärme mindestens annähernd vollständig zur Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Abwassers verwendet wird.
Der Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Verbrennungsrostes in mindestens einer Wand des Ofens mindestens eine Abwassereinspritzdüse angeordnet ist.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die Überlegung zugrunde, dass es möglich sein muss, bei dem bekannten Abfallverbrennungsverfahren statt reinen Wassers verschmutzte und/oder verseuchte Abwasser, wie sie in städtischen Kläranlagen bzw. Industrieanlagen anfallen, in den Feuerraum einzuführen, so dass einerseits die einzelnen Abwassertröpfchen durch direkten Kontakt mit den heissen Verbrennungsgasen verdampfen und zugleich die darin in Lösung bzw. Suspensionen enthaltenen brennbaren Feststoffe in der Schwebe verbrennen und anderseits die heissen Verbrennungsgase auf eine durch die zulässige Feuerraumtemperatur bedingte Temperatur, d. h. auf eine Rauchgastemperatur in der Grössenordnung von zirka 600 bis 800 C abgekühlt werden, d. h. bei Temperaturen, bei welchen allfällige organische
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Riechstoffe zerstört werden.
Danach kann durch weitere Einspritzung von Wasser und/oder Abwasser die
Austrittstemperatur der Abgase bis auf zirka 3000C gesenkt werden. Durch diese Massnahme wird zu- gleich einmal eine einfache und unmittelbare Wärmeverwertung ohne besonderen apparativen Aufwand und zum ändern eine überaus hygienische Abwasservemichtung erreicht.
Eine Betrachtung des durchschnittlichen Anfalles an Müll und im flüssigen Faulschlammenthalte- nen Wassers im Hinblick auf das hier vorgeschlagene Verfahren bestätigt, dass auf dem wichtigen Gebiet der hygienischen Beseitigung der gesamten biologischen Abfälle die vorgeschlagene Kombination von
Müllverbrennung und kommunaler Abwasserbehandlung auch hinsichtlich der Wärmebilanz praktisch realisierbar ist, wie folgende Überlegung zeigt :
Die pro Einwohner und Jahr anfallende Menge von Müll kann zur Zeit mit 250 kg angenommen werden, wobei der infolge des wachsenden Lebensstandards stetig steigende Heizwert des Mülls heute im Bereich von l500bis 2000 kcal/kg liegt, so dass beim anfallenden Müll mit einer latenten Wärme- menge von 0, 38 bis 0, 50 Gcal pro Einwohner und Jahr zu rechnen ist.
Anderseits beträgt die im flüs- sigen Faulschlamm anfallende Menge an Trockensubstanz zirka 30 kg pro Einwohner und Jahr, was bei dem schon erwähnten Feststoffanteil des Schlammes von 8%, d. h. also bei einem Wassergehalt von 92%, eine Wassermenge von zirka 350 kg pro Einwohner und Jahr darstellt. Zur Verdampfung dieser Wasser- menge und ihrer anschliessenden Überhitzung auf 3000C, d. h. auf die Austrittstemperatur der Abgase aus der Anlage nach deren Gesamtabkühlung, ist eine Wärmemenge von zirka 0, 25 Gcal pro Einwoh- ner und Jahr erforderlich. Diese Wärmemenge stellt aber, je nach dem Heizwert des Mülls, einen Anteil von 66 bis 50% der durch die Müllverbrennung erzeugten Wärme dar, was innerhalb der üblichen Wär- meausnutzungs- Grade der heutigen Müllverbrennungsöfen liegt.
Eine beispielsweise Durchführungsform des Verfahrens, bei dem Abwasser in fein verteiltem Zustand in den Feuerraum eingeführt wird, angewendet bei einem Ofen zur Verbrennung von Müll, soll im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben werden.
In der Zeichnung ist der Müllverbrennungsofen in einem Längsschnitt dargestellt. Der Ofen weist einen Vortrocknungsrost 1 und einen an diesen sich anschliessenden, mit Unterwind versorgten Verbrennungsrost 2 auf. Der Müll wird über einen Einfülltrichter 3 auf den Vortrocknungsrost 1 aufgegeben. Der mit 4 bezeichnete Feuerraum ist mit feuerfesten Steinen und dahinterliegendem Isoliermauerwerk ausgemauert und weist keine Kesselheizflächen auf. Die Verbrennungsgase verlassen den Feuerraum 4 über eine Abzugsöffnung 5.
Oberhalb des Verbrennungsrostes ist an den beiden Seitenwänden des Ofens je eine Reihe von mehreren Einspritzdüsen 8'angeordnet, durch die das Abwasser in fein zerstäubter Form in den Feuerraum 4 eingeführt wird. Diese Düsen können regulierbar und/oder in ihrer Blasrichtung verstellbar sein. Die Bauart, Bemessung sowie der Baustoff der Düsen sind der Natur der Abwässer bzw. der durch die Zerstäubung bedingten Beanspruchung angepasst.
Das in Form kleinster Tröpfchen in den Feuerraum 4 eingeführte Abwasser wird durch direkten Kontakt mit den durch die Müllverbrennung erzeugtenheissen. Verbrennungsgasen verdampft und überhitzt, wobei die frei gewordenen organischen Feststoffteilchen in der Schwebe verbrennen, während die mineralischen verdampfen, zersetzt werden oder auch als Flugstaub vom Rauchgasstrom erfasst werden.
Hiebeikühlen sich zugleich die heissen Müll verbrennungsgase so weit ab, dass eine vorbestimmte Feuerraumtemperatur in der Grössenordnung von zirka 600 bis 8000C eingehalten und somit das feuerfeste Mauerwerk des Ofens nicht unzulässig hoch beansprucht wird. Dadurch, dass infolge der Rauchgao ! {ühlung der Ascheerweichungspunkt nicht erreicht wird, kann auch ein Ankleben von teigig gewordener Flugasche an den Feuerraumwänden nicht auftreten. Durch weitere Abwassereindüsung werden die Rauchgase weiter abgekühlt, so dass sie schliesslich mit einer Temperatur in der Grössenordnung von 3000C aus der Anlage in die Atmosphäre austreten.
Das Abwasser kann, soweit es seine Beschaffenheit erlaubt, bevor es in den Feuerraum eingeführt wird, vorerhitzt werden, u. zw. z. B. durch die bereits abgekühlten Verbrennungsgase des Ofens. Zu diesem Zweck kann eine Rohrschlange 6, welcher das zu erhitzende Abwasser vor Eintritt in den Feuerraum zugeführt wird, in Richtung der Rauchgasströmung hinter dem Feuerraum, etwa im Bereich des Abzuges, vorgesehen sein. Dadurch, dass an dieser Stelle die Verbrennungsgase infolge ihrer Wärmeabgabe an das in den Feuerraum 4 eingesprühte Abwasser bereits abgekühlt sind, können Anwachsungen von teigig gewordener Flugasche an der Rohrschlange 6 nicht auftreten. Nach Durchströmung der Rohrschlange 6 wird das vorerhitzte Abwasser über Rohrleitungen 7 den Einspritzdüsen 8 zugeführt.
Dadurch, dass keine Heizflächen im Feuerraum bzw. in einem nachgeschalteten Ofenzug angeord-
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net sind, steht die gesamte im Feuerraum erzeugte Verbrennungswärme zur Verdampfung und Überhitzung des Wasseranteiles und als Zündwärme zur Verbrennung des Feststoffanteiles des in den Ofen eingeführten Abwassers zur Verfügung.
Auf diese Weise wird es ermöglicht, ohne besonderen apparativen Aufwand, wie er durch Einbau von Kesselheizflächen bedingt ist, die im Abfallverbrennungsofen erzeugte Verbrennungswärme auf einfache Weise direkt zu verwerten, gleichzeitig die im Hinblick auf die zulässige Feuerraumtemperatur erforderliche Abkühlung der heissen Verbrennungsgase herbeizuführen und drittens zugleich auch eine hygienische Abwasservemichtung zu gewährleisten.
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nur zugleich das Problem der Beseitigung vonAbfällen, insbesondere Müll, und der Beseitigung von Klärschlamm bzw.
Abwasser in hygienisch ein- wandfreier Weise gelöst, sondern auch eine Möglichkeit geschaffen, dies in bereits vorhandenen, älte- ren Müllverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung, die durch den ständig steigenden Müllheizwert immer mehr übelbeansprucht sind bzw. nur noch mit entsprechend verringertem Mülldurchsatz gefahren werden können, durchzuführen, so dass eine Aufwertung solcher bereits bestehender und vielleicht sogar stillgelegter Anlagen erreicht wird und Neuinvestitionen gespart werden können.
Das beschriebene Verfahren ist keineswegs auf die Verbrennung von Müll beschränkt. So kann es z. B. auch bei der Verbrennung von Industrieabfällen angewendet werden. Bei chemischen Abfällen ist vielfach der Heizwert infolge des steigenden Anteiles an Kunststoffen derart angestiegen, dass der resultierende Gemischheizwert mitunter bei 3000 kcal/kg und höher liegt. Der Betrieb mit diesem heizkräftigen Brennstoff führt oftmals in der ungekühlten Brennkammer zu unzulässig hohen Temperaturen. Deshalb ist auch hier das vorgeschlagene Verfahren von Bedeutung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, bei welchem die Durchsatzmenge des Brenngutes in Abhängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist, in den Feuerraum Wasser eingeführr wird und durch Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Wassers die Verbrennungsgase im Feuerraum gekühlt werden, wobei die eingeführte Wassermenge in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung der Abfallstoffebzw.
des Mtills mit der Vernich- tung von verseuchtem Abwasser, insbesondere aus kommunalen Abwasser-Kläranlagen, dadurch vereinigt wird, dass das Abwasser in feinverteiltem Zustand in den Feuerraum eingeführt und die durch die Verbrennung der Abfallstoffe erzeugte nutzbare Wärme mindestens annähernd vollständig zur Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Abwassers verwendet wird.
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den Verbrennungsgasen zugemischt wird.
3. Verfahren nachAnspruchloder2, dadurch gekennzeichnet, dassdasAbwasserausserhalb des Feuerraumes durch die bereits gekühlten Verbrennungsgase vorerhitzt und daraufhin in den Feuerraum eingeführt wird.
4, Verbrennungsofen mit Rostfeuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Verbrennungsrostes (2) in mindestens einer Wand des Ofens mindestens eine Abwassereinspritzdüse (8 bzw. 8') angeordnet ist.
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Process for incinerating waste materials, in particular garbage, and incinerator for carrying out the process
The invention relates to a method for incinerating waste materials, in particular garbage, in which the throughput of the material to be burned depends on the ash softening point by the
The height of the combustion chamber temperature is limited, water is introduced into the combustion chamber and the combustion gases in the combustion chamber are cooled by heating, evaporation and overheating of the introduced water, whereby the amount of water introduced is regulated depending on the temperature of the combustion gases, and a combustion furnace for implementation of the procedure.
It is well known that wastewater often accumulates in urban sewage treatment plants and in industry, which not only pollutes heavily, but even contaminates it, i.e. H. are loaded with toxic dirt, salts, acids and fragrances or even pronounced toxins, so that this waste water, which occurs in the form of aqueous solutions and / or suspensions, cannot be drained into natural waters or the sewer system. Apart from the problem of the hygienic destruction of contaminated industrial wastewater, which often has high levels of salts, acids and toxins, the hygienically perfect disposal of the sludge suspensions with a solids content of up to 8% that occur in municipal sewage treatment plants is still an open problem.
On the other hand, there is a problem with incineration of waste, and in particular waste, that heat generated in the incinerator can be easily and immediately, i.e. H. is recycled without any special outlay on equipment.
According to the invention, a simultaneous solution to these two problems is to be found in the context of waste, in particular waste, incineration. This is achieved by combining the incineration of waste materials or garbage with the destruction of contaminated wastewater, in particular from municipal wastewater treatment plants, in that the wastewater is introduced into the furnace in a finely divided state and that is generated by the incineration of the waste materials usable heat is used at least almost completely for heating, evaporation and superheating of the imported wastewater.
The incineration furnace for carrying out the method is characterized in that at least one waste water injection nozzle is arranged above the combustion grate in at least one wall of the furnace.
The invention is essentially based on the consideration that in the known waste incineration process, instead of pure water, contaminated and / or contaminated wastewater, such as those in urban sewage treatment plants or industrial plants, must be introduced into the furnace, so that on the one hand the individual wastewater droplets evaporate through direct contact with the hot combustion gases and at the same time burn the flammable solids contained in the solution or suspensions in suspension and, on the other hand, reduce the hot combustion gases to a temperature determined by the permissible combustion chamber temperature, i.e. H. be cooled to a flue gas temperature in the order of magnitude of approximately 600 to 800 C, d. H. at temperatures at which any organic
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Fragrances are destroyed.
Thereafter, by further injection of water and / or waste water, the
The outlet temperature of the exhaust gases can be reduced to around 3000C. Through this measure, a simple and immediate utilization of heat is achieved at the same time without any special expenditure on equipment and, on the other hand, an extremely hygienic wastewater destruction.
A consideration of the average accumulation of garbage and water contained in the liquid digested sludge with regard to the method proposed here confirms that in the important field of the hygienic disposal of all biological waste the proposed combination of
Waste incineration and municipal wastewater treatment can also be practically implemented in terms of the heat balance, as the following consideration shows:
The amount of waste per inhabitant and year can currently be assumed to be 250 kg, whereby the calorific value of waste, which is constantly increasing as a result of the growing standard of living, is in the range of 1500 to 2000 kcal / kg, so that the waste produced with a latent heat amount of 0.38 to 0.50 Gcal per inhabitant and year is to be expected.
On the other hand, the amount of dry matter accumulating in the liquid digested sludge is around 30 kg per inhabitant and year, which with the already mentioned solid content of the sludge of 8%, ie. H. So with a water content of 92%, this represents an amount of water of around 350 kg per inhabitant and year. For evaporation of this amount of water and its subsequent overheating to 3000C, i. H. On the exit temperature of the exhaust gases from the system after it has cooled down, a heat quantity of around 0.25 Gcal per inhabitant and year is required. However, depending on the calorific value of the waste, this amount of heat represents a proportion of 66 to 50% of the heat generated by waste incineration, which is within the normal heat utilization levels of today's waste incineration ovens.
An example of the implementation of the method in which wastewater is introduced into the furnace in a finely divided state, used in a furnace for incinerating garbage, will be described below with reference to the drawing.
In the drawing, the waste incinerator is shown in a longitudinal section. The furnace has a pre-drying grate 1 and a combustion grate 2 connected to it and supplied with an under wind. The garbage is placed on the pre-drying grate 1 via a hopper 3. The combustion chamber designated 4 is lined with refractory bricks and insulating masonry behind it and has no boiler heating surfaces. The combustion gases leave the combustion chamber 4 via an exhaust opening 5.
Above the combustion grate, a row of several injection nozzles 8 ′ is arranged on each of the two side walls of the furnace, through which the waste water is introduced into the furnace 4 in finely atomized form. These nozzles can be regulated and / or adjustable in their blowing direction. The design, dimensioning and the construction material of the nozzles are adapted to the nature of the wastewater or the stress caused by the atomization.
The wastewater introduced into the furnace 4 in the form of tiny droplets is heated by direct contact with the waste incinerated. Combustion gases evaporate and overheat, whereby the released organic solid particles burn in suspension, while the mineral ones evaporate, are decomposed or are captured by the flue gas flow as flue dust.
At the same time, the hot waste incineration gases cool down to such an extent that a predetermined combustion chamber temperature in the order of magnitude of around 600 to 8000C is maintained and thus the refractory masonry of the furnace is not subjected to excessive stress. The fact that as a result of the Rauchgao! If the ash softening point is not reached, fly ash that has become doughy cannot stick to the walls of the furnace. The flue gases are cooled down further by injecting further wastewater, so that they finally exit the system into the atmosphere at a temperature in the order of 3000C.
The wastewater can, as far as its nature allows, before it is introduced into the furnace, be preheated, u. between z. B. by the already cooled combustion gases of the furnace. For this purpose, a pipe coil 6, to which the waste water to be heated is fed before entering the furnace, can be provided in the direction of the flue gas flow behind the furnace, for example in the area of the fume cupboard. Because the combustion gases have already cooled down at this point as a result of their heat transfer to the waste water sprayed into the combustion chamber 4, growth of fly ash that has become doughy on the pipe coil 6 cannot occur. After flowing through the coil 6, the preheated wastewater is fed to the injection nozzles 8 via pipes 7.
Due to the fact that no heating surfaces are arranged in the furnace or in a downstream furnace pass.
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net, the entire heat of combustion generated in the furnace is available for evaporation and overheating of the water content and as ignition heat for burning the solid content of the waste water introduced into the furnace.
In this way, it is possible to use the heat of combustion generated in the waste incineration furnace directly, in a simple manner, without special equipment expenditure, as is caused by the installation of boiler heating surfaces, at the same time to bring about the cooling of the hot combustion gases required with regard to the permissible furnace temperature and thirdly at the same time also to ensure hygienic wastewater disposal.
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only at the same time the problem of the disposal of waste, especially garbage, and the disposal of sewage sludge or
Wastewater solved in a hygienically flawless manner, but also created a possibility to do this in existing, older waste incineration plants without heat recovery, which are increasingly badly stressed by the constantly increasing waste calorific value or can only be operated with a correspondingly reduced waste throughput , so that such existing and perhaps even decommissioned plants are upgraded and new investments can be saved.
The process described is by no means restricted to the incineration of waste. So it can be B. can also be used in the incineration of industrial waste. In the case of chemical waste, the calorific value has often risen to such an extent as a result of the increasing proportion of plastics that the resulting mixed calorific value is sometimes 3000 kcal / kg and higher. Operation with this heating fuel often leads to impermissibly high temperatures in the uncooled combustion chamber. The proposed method is therefore also important here.
PATENT CLAIMS:
1. Process for the incineration of waste materials, in particular waste, in which the throughput of the fuel is limited depending on the ash softening point by the height of the furnace temperature, water is introduced into the furnace and the combustion gases in the furnace are cooled by heating, evaporation and overheating of the introduced water the amount of water introduced is regulated depending on the temperature of the combustion gases, characterized in that the combustion of waste materials or
des Mtills is combined with the destruction of contaminated wastewater, in particular from municipal wastewater treatment plants, in that the wastewater is introduced into the furnace in a finely divided state and the usable heat generated by the incineration of the waste materials is at least almost completely for heating, evaporation and Overheating of the imported sewage is used.
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is added to the combustion gases.
3. The method according to claim 2, characterized in that the waste water outside the furnace is preheated by the already cooled combustion gases and then introduced into the furnace.
4, combustion furnace with grate firing for carrying out the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one waste water injection nozzle (8 or 8 ') is arranged above the combustion grate (2) in at least one wall of the furnace.