<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsofen für die Verbrennung von Kunststoffmaterialien, bestehend aus einer primären Verbrennungskammer, Einrichtungen für die Zufuhr von Verbrennungsluft in diese primäre
Verbrennungskammer sowie einer sekundären Verbrennungskammer, die von der primären Verbrennungskammer thermisch isoliert ist und Einrichtungen zur Auslösung einer sekundären Verbrennung besitzt.
Die immer noch zunehmende Verwendung von Artikeln aus Kunststoffen, insbesondere Wegwerfartikeln aus Kunststoffen, schafft Probleme im Hinblick auf die Beseitigung dieser Artikel. Zwecks Verringerung der
Infektionsgefahr und damit man die gebrauchten Artikel nicht zu reinigen braucht, ist es wichtig, insbesondere in Spitälern und Laboratorien, wo Wegwerfartikel aus Kunststoffen in grossem Ausmass verwendet werden, dass diese Kunststoffartikel rasch und leicht durch Verbrennung zerstört werden.
Auch in Industrien, in denen Kunststoffmaterialien hergestellt oder verwendet werden, ergeben sich grosse
Probleme, wenn Abfallprodukte aus Kunststoffen zerstört werden sollen, weil diese Materialien nicht wie üblicher Müll zersetzt werden, wenn sie in der Natur, in Müllablagerungsstätten, Komposthaufen u. dgl. abgelagert werden.
In bisher üblichen Verbrennungsöfen, wie solche z. B. aus den brit. Patentschriften Nr. 1, 096, 072 und
Nr. 906, 993, der Schweizer Patentschrift Nr. 430018, der franz. Patentschrift Nr. 1. 486. 593, der österr. Patentschrift
Nr. 248591 und den USA-Patentschriften Nr. 3, 431, 872, Nr. 3, 332, 375, Nr. 3, 208, 411, Nr. 2, 978, 999 und
Nr. 2, 811, 937 bekannt sind, bietet die Zerstörung von Kunststoffmaterialien ebenfalls Probleme, da diese
Materialien in einer Weise verbrennen, die sehr verschieden von jener ist, mit der Haushaltsmüll verbrennt.
Die bei der Verwendung von Kunststoffmaterialien in bisher üblichen Verbrennungsöfen mit einem Rost auftretenden Probleme beruhen auf dem Umstand, dass der Rost rasch aufhört, in normaler Weise zu funktionieren, da die Löcher im Rost, durch welche die Luft zugeführt wird, verstopft werden. Diese
Verstopfung leitet die Zerstörung des Rostes ein, wenn dieser aus den üblicherweise verwendeten Materialien, wie
Gussstahllegierungen, hergestellt ist.
Andere Probleme rühren von dem hohen Russgehalt der Abgase her, die die Verbrennungsöfen verlassen, in denen Kunststoffmaterialien verbrannt werden. Dieser auf einer unvollkommenen Verbrennung beruhende
Russgehalt verunreinigt die Atmosphäre und schädigt die Bereiche in der Umgebung der öfen.
Der Grund für diese Nachteile liegt darin, dass die Kunststoffmaterialien die Eigenschaft haben, dass sie weich werden und schmelzen, ehe sie entzündet werden und verbrennen. Wenn Müll, der Kunststoffmaterialien enthält, in einen Verbrennungsofen eingeführt und entzündet wird, dessen Rost aus perforierten Rostelementen aus Gusseisen oder aus Rostlamellen besteht, die durch Durchgänge für die zugeführte Luft getrennt sind, dann werden die Öffnungen verstopft, ob nun der Rost als Stufenrost, als ebener Rost oder als geneigter Rost ausgebildet ist, weil das Kunststoffmaterial schmilzt. Während der Verbrennung, die an der Basis der
Verbrennungsluft, die dem Müll zugeführt wird, ohne diesen zu passieren, erfolgt, werden sehr hohe Temperaturen an der oberen Oberfläche des Rostes entwickelt.
Infolge der Verstopfung der Durchgänge im Rost wird letzterer nicht gekühlt, was normalerweise beim Durchgang der kalten Verbrennungsluft durch die
Rostdurchgänge geschieht. So wird der Rost, der z. B. aus Gusseisen besteht, auf sehr hohe Temperaturen erhitzt, und dieses Erhitzen bewirkt eine irreversible Volumsvergrösserung.
Weiters besitzt das Kunststoffmaterial die Eigenschaft, selbst wenn man es nur auf eine mässige Temperatur erhitzt, dass grosse Gasmengen entwickelt werden und sich diese Gasmenge exponentiell mit der Erhöhung der Heiztemperaturen vermehrt. Wenn also Kunststoffe enthaltender Müll in einen solchen Verbrennungsofen eingeführt und entzündet wird, dann bilden sich rasch grosse Mengen Gase, die Kohleteilchen in der Zone oberhalb der Müllschicht enthalten, und diese Kohleteilchen entweichen aus der Verbrennungskammer mit den Abgasen. Falls man versucht, die Bildung dieser Kohleteilchen zu verhindern, indem man mehr Verbrennungsluft in die Verbrennungskammer einleitet, bewirkt die vermehrte Hitze, die von der sekundären Verbrennung herrührt, die Bildung noch grösserer Gasmengen und Russteilchen.
So werden die Probleme fortschreitend vermehrt, bis die Gase und Kohleteilchen vollkommen abgebrannt sind. Die Zufuhr einer grossen Menge Sekundärluft bewirkt eine starke Kühlung der Verbrennungskammer, wodurch es zu einer Verminderung der Verbrennungstemperatur des Materials kommt, das nicht vollständig verbrannt worden ist. Diese Temperaturverminderung führt auch zur Bildung von Russ, der den Verbrennungsofen zusammen mit den Abgasen verlässt.
Wie erwähnt, hängt das Ausmass der Bildung flüchtiger Gase und Russteilchen innerhalb der primären Verbrennungskammer von der Bildung von Hitze und folglich von der Temperatur in der primären Verbrennungskammer ab. Jedoch kann durch Ausführung der Verbrennung in zwei thermisch getrennten Kammern verhindert werden, dass die Wärmebildung und Temperaturerhöhung aus der sekundären Verbrennung den Verbrennungsprozess in der primären Verbrennungskammer und die Bildung von Gasen und russigen Teilchen in dieser Kammer beeinflusst.
Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Verbrennungsofens, der sich für die Verbrennung von Artikeln aus Kunststoffmaterialien und andern organischen Materialien mit ähnlichen Verbrennungseigenschaften eignet und bei dem die Nachteile der bisher bekannten Verbrennungsöfen nicht auftreten.
Gemäss der Erfindung ist der Verbrennungsofen dadurch gekennzeichnet, dass die primäre
<Desc/Clms Page number 2>
Verbrennungskammer geneigte fortlaufende Leitelemente aus feuerfestem keramischen Material aufweist und dass die Einrichtungen für die Zufuhr primärer Verbrennungsluft in diese primäre Verbrennungskammer ähnlich der
Neigung der Leitflächen in unterschiedlicher Höhe über dem Boden einmünden und Regeleinrichtungen aufweisen.
Wenn Kunststoffmaterialien in dem erfindungsgemässen Verbrennungsofen verbrannt werden, dann fliesst das Kunststoffmaterial unter Schmelzen entlang der geneigten Leitoberflächen abwärts, und während dieser
Bewegung erhöht sich die Temperatur auf einen solchen Wert, dass eine Vergasung erfolgt. Auf Grund der
Tatsache, dass die primäre Verbrennungsluft in unterschiedlicher Höhe über dem Boden der Kammer eingeführt wird, erfolgt eine innige Mischung der primären Verbrennungsluft und der während der Vergasung gebildeten
Verbindungen, welche Verbindungen folglich verbrennen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbrennungsofens sind Leitelemente in
Form von Stufen an verschiedenem Niveau oberhalb des Bodens der primären Verbrennungskammer angeordnet, wobei die Einrichtungen für die Zufuhr primärer Verbrennungsluft in die primäre Verbrennungskammer in
Zonen zwischen den Leitelementen und zwischen der untersten Leiteinrichtung auf dem Boden der primären
Verbrennungskammer einmünden.
Die Einführung der primären Verbrennungsluft in den Zonen zwischen den Leitoberflächen, die in Form von Stufen angeordnet sind, bewirkt, dass die Unterseite der Leitelemente gekühlt wird und dadurch ein übermässiges Erhitzen dieser Elemente vermieden wird.
Die Leitelemente bestehen zweckmässig aus dünnen Plattenelementen, die aneinander anliegend in Reihen angeordnet sind ; im Verbrennungsofen werden die Leitelemente durch hohle Metallrohre getragen, die für die
Einführung primärer Verbrennungsluft in die primäre Verbrennungskammer dienen. Durch Zufuhr primärer
Verbrennungsluft durch die Trägerrohre werden letztere gekühlt, und es wird dadurch deren Verbiegung vermieden. Weiters ermöglicht die Verwendung solcher Trägerrohre in einfacher Weise eine selektive Einführung von Verbrennungsluft an verschiedenem Niveau in der Verbrennungszone. Bevorzugterweise sind die hohlen
Metallrohre mit aufwärts geneigten Auslassöffnungen versehen, die Gasströme gegen die Oberseite des darunterliegenden Leitelementes leiten. So bewirkt die Luft, die aus diesen Öffnungen strömt, dass die
Leitelemente gekühlt werden.
Der erfindungsgemässe Verbrennungsofen ist vorteilhaft so gestaltet, dass ein relativ grosser Betrag an Verbrennungsluft zu den untersten Leitelementen geführt werden kann, um zu gewährleisten, dass Kunststoffmaterial, das nicht vollständig verbrannt worden ist und den Boden des Verbrennungsofens erreicht hat, an dieser Stelle verbrannt wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet der unterste Teil der Wände der primären
Verbrennungskammer die Leitelemente, und die Einrichtungen für die Zufuhr primärer Verbrennungsluft bestehen aus abwärts geneigten Gängen in den Wänden der primären Verbrennungskammer.
Die sekundäre Verbrennungskammer kann aus einer Anzahl benachbarter und untereinander verbundener
Verbrennungskammern bestehen, die mit feuerfesten keramischen Materialien oder andern Materialien, die gegen hohe Temperaturen beständig sind, ausgekleidet sind.
Die sekundäre Verbrennungskammer oder die Kammern sind vorzugsweise so ausgebildet, dass der erste Teil derselben mit der primären Verbrennungskammer über eine dazwischenliegende Kammer oder einen Durchgang in Verbindung steht, worin die Fliessrichtung der Gase um 1800 gedreht wird. Die Gestalt der zweiten Verbrennungskammer (oder der Kammern) ist nicht kritisch, aber zwecks Verringerung der Herstellungskosten bevorzugt man die Verwendung einer sekundären Verbrennungskammer mit rechteckigem Querschnitt. Die sekundäre Verbrennungskammer weist zweckmässig Verengungen an den Ein- und Auslassenden für die Abgase auf. Die Einrichtungen für die Auslösung einer sekundären Verbrennung bestehen vorzugsweise aus einem oder mehreren Ölbrennern, Gasbrennern od. dgl. in der Wand der sekundären Verbrennungskammer.
Vorzugsweise sind auch Einrichtungen für die Zufuhr von Luft für die Verbrennung in der Verbrennungskammer angebracht. Die Luftzufuhreinrichtungen können Düsen sein, die an verschiedenen Stellen bezüglich der Fliessrichtung der Abgase angebracht sind ; an gegenüberliegenden Seiten des Fliesskanals angeordnete Düsen sind vorzugsweise gegeneinander versetzt.
Zwecks Verringerung des Zugabfalls, welcher durch den Fluss der Abgase durch die sekundäre Verbrennungskammer bewirkt wird, bevorzugt man, die Luftzufuhrdüsen in solcher Weise anzubringen, dass die von ihnen zugeführten Luftströme in Richtung der Abgase führen. Auf Grund der Tatsache, dass die sekundäre Verbrennung in einer Zone erfolgt, die thermisch von der primären Verbrennungszone getrennt ist, ist es möglich, durch Einstellung der Luftmenge, die durch die Düsen zugeführt wird, um die Verbrennung zu bewirken, jederzeit die gerade erforderliche Menge zuzuführen, damit die der sekundären Verbrennungskammer zugeführten Gase und Russteilchen verbrannt werden.
Wenn Luft in einer Menge eingeführt würde, um zu jeder Zeit eine vollkommene Verbrennung zu gewährleisten, dann würde zuviel Luft über lange Zeiträume eingeführt und folglich würde die Verbrennungskammer gekühlt. Daher würde eine unvollständige Verbrennung erfolgen, und dies würde zu einem hohen Russgehalt in den Gasen führen, welche die sekundäre Verbrennungskammer verlassen.
An Stelle der Verwendung von Luftdüsen mit separaten Zuführeinrichtungen bevorzugt man die
<Desc/Clms Page number 3>
Luftzuführung durch ein Rohr, das an einem Ende geschlossen ist und das eine Wand aufweist, die eine grosse
Anzahl von Perforationen aufweist, wobei das Rohr zentral in der sekundären Verbrennungskammer angebracht ist. Durch Verwendung eines Rohres mit Perforationen unterschiedlicher Grössen in den verschiedenen Zonen der
Verbrennungskammer kann die Luft in einem vorbestimmten Programm eingeführt werden.
Die Öffnungen, die mit den Luftzufuhreinrichtungen verbunden sind, können auch Öffnungen in den
Wänden der sekundären Verbrennungskammer sein. Diese Öffnungen sind mit einem Zufuhrkasten an der äusseren Seite der Wände verbunden und Luft wird zu diesem Zufuhrkasten aus der Atmosphäre mittels einer
Pumpe zugeleitet, die an den Kasten angeschlossen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbrennungsofens weist diese Einrichtungen zur automatischen Regelung des Verhältnisses von zugeführter Luft in die primäre Verbrennungskammer zu zugeführter Luft in die sekundäre Verbrennungskammer auf. Diese Einrichtungen werden durch die Wärmebildung und folglich durch die Temperatur in der sekundären Verbrennungskammer geregelt. Dies kann erfolgen, indem die sekundäre Verbrennungskammer mit einem Thermoelement versehen wird, das mit einem Regulator verbunden ist, an welchen die in der sekundären Verbrennungskammer maximal zulässige Temperatur eingestellt wird. Der Regulator ist mit einer Regulierdrossel verbunden, welche die
Luftzufuhr zur primären Verbrennungskammer bzw. zur sekundären Verbrennungskammer reguliert.
Mittels eines Servo-Regelsystems ist es in der vorstehend beschriebenen Weise möglich, eine fortlaufende Regelung der Luftzufuhr in die primäre und in die sekundäre Verbrennungskammer vorzunehmen. Bei dem erfindungsgemässen Verbrennungsofen kann die Verbrennungsluft auch den Verbrennungskammern in einer Menge zugeführt werden, die von der Temperatur in der primären Verbrennungskammer abhängt.
Schliesslich kann der erfindungsgemässe Verbrennungsofen in solcher Weise gestaltet werden, dass die Luftzufuhr in die primäre Verbrennungskammer in Abhängigkeit vom Russgehalt der Abgase erfolgt. welche die sekundäre Verbrennungskammer verlassen.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 1 einen Aufriss eines erfindungsgemässen Verbrennungsofens, Fig. 2 einen Aufriss einer zweiten Ausführungsform, Fig. 3 einen horizontalen Schnitt des Verbrennungsofens nach Fig. 2 entlang der Linie III-III, Fig. 4 einen Aufriss einer dritten Ausführungsform, Fig. 5 einen Aufriss der sekundären Verbrennungskammer einer weiteren Ausführungsform,
EMI3.1
primären Verbrennungskammer bei einer weiteren Ausführungsform und Fig. 8 einen Aufriss der primären
Verbrennungskammer der Fig. 7 entlang der Linie VII-VII.
In den Zeichnungen bedeutet--l--eine primäre Verbrennungskammer, die geneigte Leitelemente --2-- aus feuerfestem keramischem Material enthält. Diese Leitelemente --2-- werden von hohlen Metallrohren --3-- getragen, die Löcher aufweisen und mit Einrichtungen verbunden sind, die für die Zufuhr von primärer Verbrennungsluft in die Brennkammer dienen. Die primäre Verbrennungskammer--l-ist mit einer sekundären Verbrennungskammer --6-- über einen Gang--4--und eine Strömungsumkehrkammer --5-- verbunden. In einer Öffnung in der Wand der sekundären Verbrennungskammer --6-- ist ein Ölbrenner --7-- und eine grosse Anzahl von Luftzufuhrdüsen--8--vorhanden.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte sekundäre Verbrennungskammer enthält auch eine grosse Anzahl von Luftzufuhrdüsen--8--. Diese Luftzufuhrdüsen--8--sind über die Gänge--9--mit Luftzufuhrkammern --10-- verbunden, die an gegenüberliegenden Seiten der sekundären Verbrennungskammer angebracht sind. Luft wird in diese Kammern --10-- über die Rohre --11-- zugeführt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Verbrennungsofen sind zentrale Leitelemente--12--, die von Luftzufuhrrohren-3-getragen werden, in der primären Verbrennungskammer angebracht.
Diese zentralen Leitelemente --12-- gestatten eine ausreichende Luftzufuhr zu jenem Teil des Kunststoffmaterials, welcher sich während der Verbrennung im Zentrum der primären Verbrennungskammer befindet.
In der sekundären Verbrennungskammer (Fig. 5) ist ein zentrales Luftzufuhrrohr--13--vorhanden, das an seinem untersten Ende verschlossen ist und das mit horizontalen Reihen von Löchern --14-- versehen ist.
Der Abstand zwischen den Reihen ist in der verengten Zone des Auslasses der sekundären Verbrennungskammer - geringer als im Zentrum derselben. Das Rohr --13-- erlaubt die Zufuhr von unterschiedlichen Luftmengen zu verschiedenen Teilen der sekundären Verbrennungskammer.
Die sekundäre Verbrennungskammer (Fig. 6) besteht aus zwei zylindrischen konzentrisch montierten Rohren--15 und 16--, wovon das innere--16--aus rostfreiem Stahl besteht. Der Raum zwischen den zwei Rohren bildet einen Luftzufuhrbehälter --17--, in welchen Luft durch das Rohr --18-- eingebracht wird. Das innere Rohr-16--ist mit horizontalen Reihen von Löchern --14-- versehen, durch welche die Luft in die sekundäre Verbrennungskammer eingeleitet wird. In den dargestellten Verbrennungsöfen ist ein Ölbrenner (nicht gezeichnet) in der Seitenwand der primären Verbrennungskammer angebracht. Diese ölbrenner dienen zur Auslösung der Verbrennung in der primären Verbrennungskammer.
In den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Verbrennungsöfen bilden die Seitenwände der primären
EMI3.2
<Desc/Clms Page number 4>
Die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Verbrennungsöfen sind vorzugsweise mit einer sekundären Verbrennungskammer jenes Typs verbunden, wie in Fig. 6 dargestellt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verbrennungsofen für die Verbrennung von Kunststoffmaterialien, bestehend aus einer primären Verbrennungskammer, Einrichtungen für die Zufuhr von Verbrennungsluft in diese primäre Verbrennungskammer sowie einer sekundären Verbrennungskammer, die von der primären Verbrennungskammer thermisch isoliert ist
EMI4.1
dass die primäre Verbrennungskammer (1) geneigte fortlaufende Leitelemente (2) aus feuerfestem keramischen Material aufweist und dass die Einrichtungen für die Zufuhr primärer Verbrennungsluft in diese primäre Verbrennungskammer (1) ähnlich der Neigung der Leitflächen in unterschiedlicher Höhe über dem Boden einmünden und Regeleinrichtungen aufweisen.
EMI4.2