Verfahren zur Verbrennung von Abfallbrennstoffen, insbesondere Müll, sowie Verbrennungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbren nung von Abfallbrennstoffen, insbesondere Müll, bei welchem die Durchsatzmenge des Brennstoffes in Ab hängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist.
Weiter hin betrifft die Erfindung einen Verbrennungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei den bekannten Müllverbrennungsverfahren dieser Art werden gemäss üblicher europäischer Praxis meist ungekühlte Feuerräume benutzt, d.h. die Verbrennung spielt sich hier zur Gänze innerhalb des vollständig mit feuerfesten Steinen und dahinterlie- gendem Isoliermauerwerk ausgemauerten Feuerrau mes ab, während die allfällige Ausnutzung der im Feuerraum erzeugten Verbrennungswärme erst an schliessend in einem dem Feuerraum nachgeschalte ten,
sogenannten Abhitzekesseb> stattfindet. Die Heizflächen dieses Abhitzekessels haben hier somit keinen Einfluss auf die Verbrennung selbst bzw. auf die daraus resultierende Feuerraumtemperatur, son dern sie nützen lediglich die durch die Verbrennung entstandenen heissen Verbrennungsgase ausserhalb des eigentlichen Feuerraumes aus.
Dieses Verfahren hat sich während vieler Jahr zehnte bewährt. Durch die Trennung des Feuer raumes vom Kessel und seine weitgehende Wärme isolierung wird nämlich gewährleistet, dass trotz des geringen Müllheizwertes von 800 bis 1300 kcal/kg die zu seiner Verbrennung und Desodorierung erfor derliche Feuerraumtemperatur erreicht und aufrecht erhalten werden kann.
Seit etwa fünfzehn Jahren ist jedoch ein ständiges Steigen des Müllheizwertes bis auf Werte im Bereich von 1500 bis 2000 kcal/kg zu beobachten, das wohl in erster Linie auf die infolge des steigenden Lebens standards veränderten Lebensgewohnheiten zurück- zuführen ist.
Mit dem Anwachsen des Müllheizwertes steigen bei den bereits vorhandenen, lediglich für die früheren Verhältnisse gebauten Müllverbrennungs anlagen auch die Temperaturen im Verbrennungs- raum, da meistens weder genügend überschüssige Luft zur Rauchgaskühlung zur Verfügung steht noch die Leistung der Rauchgasreinigungs- und Saugzug- Anlage für einen grösseren Luftüberschuss aus reichend ist.
Dies führt vielfach zu unzulässig hohen Feuerraumtemperaturen in der ungekühlten Brenn- kammer, was zur Folge hat, dass der bei ca. 1000 C liegende Ascheerweichungspunkt erreicht wird, so dass die Flugasche teigig wird und an den Kessel heizflächen festklebt, was an diesen Heizflächen zu einem rasch wachsenden Belag mit tropfsteinartiger Struktur und somit zu schweren Betriebsstörungen und häufig sogar zum Ausfall der ganzen Anlage führt.
Wenn die durch den Ascheerweichungspunkt gegebenen Temperaturgrenzen nicht überschritten werden sollen, so bleibt bei bereits vorhandenen An lagen kein anderer Ausweg als die Verringerung der Durchsatzleistung des Ofens, die aber, besonders an gesichts der von Jahr zu Jahr steigenden Müllmen- gen, durchaus unerwünscht ist.
Eine andere Lösung des Problems könnte darin bestehen, dass, wenn es sich ermöglichen lässt, in den Feuerraum Heizflächen zur Reduzierung der Feuerraumtemperatur eingebaut werden, was aber wegen des komplizierten Umbaues und des hohen Kostenaufwandes meist nicht in Frage kommt.
Ein weiterer Nachteil, der durch den steigenden Müllheizwert verursacht wird besteht darin, dass die Ofenmauerung infolge der höheren Feuerraumtempe- ratur erheblich höher beansprucht wird, was, insbe sondere bei bereits vorhanden Anlagen, zu schweren Beschädigungen des Mauerwerks führen kann. Zweck der Erfindung ist es, die angeführten Nach teile, insbesondere bei bereits vorhandenen Anlagen, zu beheben.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass in den Feuerraum Wasser eingeführt 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.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die überle- gung zugrunde, dass es entgegen der bisher gelten den Regel, dass der Feueraum eines Müllverbren nungsofens nach aussen hin vollständig abgeschlossen sein muss, möglich sein müsste, durch Einführung von Wasser in den Feuerraum aufgrund seiner rela tiv hohen Verdampfungswärme (r kcal/kg) und über- hitzungswarme (i - is kcal/kg)
eine so grosse Ab kühlung der heissen Verbrennungsgase zu erreichen, dass die Feuerraumtemperatur unter dem Ascheer- weichungspunkt bleibt, ohne dass hierbei die Rauch- gasreinigungs- und Saugzug-Anlage durch die Ver- grösserung des Gasvolumens infolge der Bildung von Wasserdampf überlastet wird.
- Eine beispielsweise Durchführungsform des Ver fahrens gemäss der Erfindung soll im folgenden an hand eines in der Zeichnung schematisch dargestell ten Ausführungsbeispieles des Verbrennungsofens ge- mäss der Erfindung im einzelnen näher 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 Verbren nungsrost 2 auf. Der Müll wird über einen Einfüll- trichter 3 auf den Vortrocknungsrost 1 aufgegeben.
Der mit 4 bezeichnete Feuerraum ist mit feuerfesten Steinen und dahinterhegendem Isoliermauerwerk aus gemauert und weist keine Kesselheizflächen auf. Die Verbrennungsgase verlassen den Feuerraum 4 über eine Abzugsöffnung 5, um anschliessend ihre nutz bare Wärme an in der Zeichnung nicht dargestellte Heizflächen eines nachgeschalteten Abhitzekessels ab zugeben.
Im Bereich der Abzugsöffnung 5 ist eine Rohr schlange 6 angeordnet, welcher Wasser zugeführt wird, das z. B. aus der Trommel des Abhitzekessels entnommen wird. Die Rohrschlange 6 wird von den bereits gekühlten, den Feuerraum 4 verlassenden Rauchgasen beaufschlagt, so dass bei ihr Anwach- sungen infolge teigig gewordener Flugasche nicht auftreten können.
Das erhitzte Wasser wird von der Rohrschlange 6, gegebenenfalls zusammen mit einem Wasseranteil in dampfförmiger Phase, über eine Rohr leitung 7 und eine in der Ofendecke angeordnete Ein spritzdüse 8 derart in den Feuerraum 4 eingeführt, dass das Wasser verdampft bevor es auf die heisse Feuerraumwand auftreffen kann, so dass eine. un zulässige Beanspruchung des feuerfesten Mauerwer kes durch Aufprall von Wassertropfen vermieden wird.
Durch geeignete Wahl der Einspritzrichtung der Düse 8, wie auch der Menge des eingespritzten Wassers wird erreicht, dass die Verbrennungsgase mit einer unter dem Ascheerweichungspunkt liegenden Temperatur den Feuerraum 4 über die Abzugsöff nung 5 verlassen. Hierbei wird die Menge des in den Feuerraum eingeführten Wassers bzw.
Wasser dampfes in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase geregelt, wobei die hierzu erfor derlichen Temperaturmessfühler im nachgeschalteten Rauchgaszug vor den Heizflächen des Abhitzekessels angeordnet sein können.
Statt einer einzigen Einspritzdüse können je nach Grösse des Feuerraumes auch mehrere solcher Dü sen vorgesehen werden.
Bei der im Feuerraum stattfindenden Erwärmung, des Wassers bis auf die Verdampfungstemperatur, die Verdampfung des Wassers und die anschliessende Überhitzung des Wasserdampfes wird den Verbren nungsgasen eine derart grosse Wärmemenge entzo gen, dass die Feuerraumtemperatur unter den Asche erweichungspunkt absinkt.
Statt das Wasser mittels der Rohrschlange 6 vor zuwärmen, kann es auch direkt in den Feuerraum 4 eingespritzt werden, wozu kaltes oder ausserhalb des Ofens vorgewärmtes Wasser oder Wasser in dampfförmiger Phase verwendet werden kann. Hier bei, wobei der Kühleffekt durch niedrigere Wasser temperatur (to) gesteigert werden kann (1-to), kann das Wasser bzw. der Dampf durch eine oder mehrere Düsen, die wie in der Zeichnung mit 8' angedeutet, z.
B. in einer oder beiden Seitenwänden des Ofens angeordnet sind, in den Feuerraum eingeführt wer den. Abweichend hiervon ist es auch möglich, den Brennstoff direkt mit Wasser zu bespritzen, was in nerhalb oder ausserhalb des Feuerraumes geschehen kann. Bei dieser Methode ist allerdings die Regelung der in den Feuerraum eingebrachten Wassermenge in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur we- sentlich träger. Weiterhin kann anstelle von reinem Wasser eine Mischung von Wasser und Feststoff, z.
B. Klärschlamm, in den Feuerraum eingebracht werden.
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 Anteils an Kunststoffen derart angestiegen,
dass der resul tierende Gemischheizwert mitunter bei 3000 kcal/kg und höher liegt. Der Betrieb mit diesem heizkräfti- gen Brennstoff führt oftmals in der ungekühlten Brennkammer zu unzulässig hohen Temperaturen. Deshalb ist auch hier das vorgeschlagene Verfahren von Bedeutung.
The invention relates to a method for the incineration of waste fuels, especially garbage, in which the throughput of the fuel is limited as a function of the ash softening point by the level of the furnace temperature.
The invention further relates to an incinerator for carrying out this method.
In the known waste incineration processes of this type, in accordance with common European practice, mostly uncooled combustion chambers are used, i.e. The combustion takes place entirely within the fire room, which is completely lined with refractory bricks and insulating masonry behind it, while the possible utilization of the combustion heat generated in the combustion chamber only takes place afterwards in a furnace downstream,
so-called waste heat boiler takes place. The heating surfaces of this waste heat boiler therefore have no influence on the combustion itself or on the combustion chamber temperature resulting from it, but they only use the hot combustion gases generated by the combustion outside the actual combustion chamber.
This process has proven itself over many decades. The separation of the furnace from the boiler and its extensive thermal insulation ensure that the furnace temperature required for its combustion and deodorization can be reached and maintained despite the low waste heat value of 800 to 1300 kcal / kg.
For about fifteen years, however, there has been a steady increase in the waste calorific value to values in the range of 1500 to 2000 kcal / kg, which is primarily due to the changes in lifestyle as a result of the rising standard of living.
With the increase in the waste heating value, the temperatures in the incineration room also rise in the already existing waste incineration plants, which were only built for the previous conditions, since there is usually neither enough excess air available for flue gas cooling nor the performance of the flue gas cleaning and induced draft system for one larger excess air is sufficient.
This often leads to inadmissibly high combustion chamber temperatures in the uncooled combustion chamber, with the result that the ash softening point, which is approx. 1000 C, is reached, so that the fly ash becomes doughy and sticks to the boiler heating surfaces, which results in one of these heating surfaces Rapidly growing surface with a stalactite structure and thus leads to serious operational disruptions and often even to the failure of the entire system.
If the temperature limits given by the ash softening point are not to be exceeded, there is no other way out with existing systems than to reduce the throughput of the furnace, which, however, is quite undesirable, especially in view of the increasing amounts of waste from year to year.
Another solution to the problem could be that, if it can be made possible, heating surfaces are installed in the furnace to reduce the furnace temperature, but this is usually out of the question because of the complicated conversion and the high cost.
Another disadvantage caused by the increasing waste calorific value is that the furnace masonry is subjected to considerably more stress due to the higher combustion chamber temperature, which can lead to severe damage to the masonry, especially in the case of existing systems. The purpose of the invention is to remedy the stated after parts, especially in existing systems.
The method according to the invention consists in that 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, the amount of water introduced being regulated as a function of the temperature of the combustion gases.
The invention is essentially based on the idea that, contrary to the previously applicable rule that the furnace of a waste incineration furnace must be completely closed off from the outside, it should be possible by introducing water into the furnace due to its relatively high level Heat of evaporation (r kcal / kg) and superheat (i - is kcal / kg)
to achieve such a great cooling of the hot combustion gases that the furnace temperature remains below the ash softening point without the flue gas cleaning and induced draft system being overloaded by the increase in gas volume due to the formation of water vapor.
An example embodiment of the method according to the invention will be described in more detail below with reference to an embodiment of the incinerator according to the invention shown schematically in 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 under wind. The waste is fed onto the pre-drying grate 1 via a filling funnel 3.
The combustion chamber marked 4 is bricked with refractory stones and insulating masonry behind it and has no boiler heating surfaces. The combustion gases leave the furnace 4 via an exhaust opening 5 in order to then give their usable face heat to heating surfaces, not shown in the drawing, of a downstream waste heat boiler.
In the area of the outlet opening 5, a pipe snake 6 is arranged, which water is supplied, the z. B. is taken from the drum of the waste heat boiler. The pipe coil 6 is acted upon by the already cooled flue gases leaving the combustion chamber 4, so that accretions due to fly ash that has become dough cannot occur.
The heated water is from the coil 6, possibly together with a water component in the vaporous phase, via a pipe 7 and an injection nozzle 8 arranged in the furnace ceiling into the furnace 4 in such a way that the water evaporates before it hits the hot furnace wall can, so a. Inadmissible stress on the refractory masonry due to the impact of water droplets is avoided.
By suitable selection of the injection direction of the nozzle 8, as well as the amount of injected water, it is achieved that the combustion gases leave the combustion chamber 4 via the exhaust opening 5 at a temperature below the ash softening point. The amount of water introduced into the furnace or
Water vapor regulated as a function of the temperature of the combustion gases, the neces sary temperature sensors in the downstream flue gas can be arranged in front of the heating surfaces of the waste heat boiler.
Instead of a single injection nozzle, several such nozzles can be provided depending on the size of the combustion chamber.
During the heating in the furnace, the water up to the evaporation temperature, the evaporation of the water and the subsequent overheating of the steam, such a large amount of heat is withdrawn from the combustion gases that the furnace temperature drops below the ash softening point.
Instead of pre-heating the water by means of the pipe coil 6, it can also be injected directly into the furnace 4, for which purpose cold water or water preheated outside the furnace or water in the vapor phase can be used. Here at, where the cooling effect can be increased by lower water temperature (to) (1-to), the water or the steam can through one or more nozzles, as indicated in the drawing with 8 ', z.
B. are arranged in one or both side walls of the furnace, introduced into the furnace who the. Notwithstanding this, it is also possible to spray the fuel directly with water, which can be done inside or outside the furnace. With this method, however, the regulation of the amount of water introduced into the furnace is much slower depending on the flue gas temperature. Furthermore, instead of pure water, a mixture of water and solid, e.g.
B. sewage sludge, are introduced into the furnace.
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 increased in many cases as a result of the increasing proportion of plastics
that the resulting mixture calorific value is sometimes 3000 kcal / kg and higher. Operation with this heating fuel often leads to inadmissibly high temperatures in the uncooled combustion chamber. The proposed method is therefore also important here.