Verfahren zur Verbrennung von Abfallbrennstoffen, insbesondere Müll, sowie Verbrennungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Ver brennung von Abfallbrennstoffen, insbesondere Müll, bei welchem die Durchsatzmenge des Brennstoffes in Abhängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist.
Kennzeichnend für das Hauptpatent ist, dass 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 Abhän gigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase ge regelt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abände rung des Verfahrens gemäss dem Hauptpatent, welcher die Aufgabe zugrunde liegt, die Verbrennung der Ab fallbrennstoffe mit einer hygienischen Vernichtung von Abwässern zu verbinden, wie im folgenden mehr im einzelnen ausgeführt wird.
Bekanntlich fallen in den städtischen Kläranlagen und in der Industrie 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 wässrigen Lösungen und/oder Suspensionen anfallen, nicht in natürliche Gewässer bzw.
in die Kanalisation abgelassen werden können. Abgesehen vom Problem der hygienischen Vernichtung von verseuchten Indu strieabwässern, die oftmals hohe Gehalte an Salzen, Säuren und Giftstoffen aufweisen, stellt auch die hygie nisch einwandfreie Beseitigung der in den städtischen Kläranlagen anfallenden Schlammsuspensionen mit einem Feststoffgehalt bis zu 8 % ein noch immer offe nes Problem dar.
Andererseits besteht bei der Abfall- und insbeson dere Müllverbrennung ein Problem darin, die im Ver brennungsofen entwickelte Wärme einfach und unmit telbar, d. h. ohne besonderen apparativen Aufwand, zu verwerten. Durch die vorliegende Erfindung soll eine gleich zeitige Lösung dieser beiden Probleme im Rahmen der Abfall-, insbesondere Müllverbrennung gefunden wer den.
Demgemäss betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbrennung von Abfallbrennstoffen, insbesondere Müll, bei welchem nach dem Patentanspruch I des Hauptpatentes die Durchsatzmenge des Brennstoffes in Abhängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist und bei welchem in den Feuerraum Wasser eingeführt wird und durch Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Wassers die Verbrennungsgase im Feuerraum gekühlt werden, wobei die eingeführte Was sermenge in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase geregelt wird.
Kennzeichnend für die vorliegende Erfindung ist, dass in den Feuerraum Abwasser in feinverteiltem Zustand eingeführt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verbren nungsofen zur Durchführung des zuvor genannten Ver fahrens, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass oberhalb des Verbrennungsrostes in mindestens einer Wand des Ofens Einspritzdüsen zur Einführung des Abwassers in den Feuerraum angeordnet sind.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die überle- gung zugrunde, dass es möglich sein muss, bei dem gemäss dem Hauptpatent vorgeschlagenen Abfallver- brennungsverfahren statt reinen Wassers verschmutzte und/oder verseuchte Abwässer, wie sie in städtischen Kläranlagen bzw. Industrieanlagen anfallen, in den Feuerraum einzuführen, so dass einerseits die einzelnen Tröpfchen durch direkten Kontakt mit den heissen Verbrennungsgasen verdampfen und zugleich die darin in Lösung bzw.
Suspension enthaltenen brennbaren Feststoffe in der Schwebe verbrennen und andererseits die heissen Verbrennungsgase auf eine durch die zuläs sige Feuerraumtemperatur bedingte Temperatur, d. h. auf eine Rauchgastemperatur in der Grössenordnung von zweckmässig ca. 600 bis 800 C abgekühlt wer- den, d. h. bei Temperaturen, bei welchen allfällige organische Riechstoffe zerstört werden. Danach kanw durch weitere Einspritzung von Wasser und/oder Ab wasser die Austrittstemperatur der Abgase z. B. bis auf ca. 300 C gesenkt werden.
Durch diese Massnahme wird zugleich einmal eine einfache und unmittelbare Wärmeverwertung ohne besonderen apparativen Auf wand und zum anderen eine überaus hygienische Ab wasservernichtung erreicht.
Eine Betrachtung des durchschnittlichen Anfalls an Müll und im flüssigem Faulschlamm enthaltenen Was ser im Hinblick auf das hier vorgeschlagene Verfahren bestätigt, dass auf dem wichtigen Gebiet der hygieni sche Beseitigung der gesamten biologischen Abfälle eine Kombination von Müllverbrennung und kommu naler Abwasserbehandlung auch hinsichtlich der Wär mebilanz praktisch realisierbar ist, wie folgende über legung zeigt:
Die pro Einwohner und Jahr anfallende Menge von Müll kann zur Zeit mit 250 kg angenommen werden, wobei der infolge des wachsenden Lebensstandards ste tig steigende Heizwert des Mülls heute im Bereich von 1500 bis 2000 kcal/kg liegt, so dass beim anfallenden Müll mit einer latenten Wärmemenge von 0,38 bis 0,50 Gcal pro Einwohner und Jahr zu rechnen ist.
Andererseits beträgt die im flüssigen Faulschlamm an fallende Menge an Trockensubstanz ca. 30 kg pro Ein wohner und Jahr, was bei dem schon erwähnten Fest- stoff-Anteil des Schlammes von 8 %, d. h. also bei einem Wassergehalt von 92 01o, eine Wassermenge von ca. 350 kg pro Einwohner und Jahr darstellt.
Zur Ver dampfung dieser Wassermenge und ihrer anschliessen- den überhitzung auf 300 C, d. h. auf die Austritts temperatur der Abgase aus der Anlage nach deren Gesamtabkühlung, ist eine Wärmemenge von ca. 0,25 Gcal pro Einwohner 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 inner halb der üblichen Wärmeausnutzungs-Grade der heuti gen Müllverbrennungsöfen liegt.
Eine beispielsweise Durchführungsform des Ver fahrens, angewendet bei einem Ofen zur Verbrennung von Müll, soll im folgenden mehr im einzelnen be schrieben werden.
Der Müllverbrennungsofen kann, wie dies bereits im Hauptpatent beschrieben ist, mit einem Vortrock- nungsrost und einem sich an diesen anschliessenden, mit Unterwind versorgten Verbrennungsrost ausgerü stet sein. Der Feuerraum, der mit feuerfesten Steinen ausgemauert ist, weist keinerlei Kesselheizflächen auf, stellt also eine ungekühlte Brennkammer dar.
Oberhalb des Verbrennungsrostes ist an den beiden Seitenwänden des Ofens je eine Reihe von mehreren Einspritzdüsen angeordnet, durch die das Abwasser in fein zerstäubter Form in den Feuerraum eingeführt wird. Diese Düsen können regulierbar und/oder in ihrer Blasrichtung verstellbar sein. Die Bauart, Bemes sung, sowie der Baustoff der Düsen sind der Natur der Abwässer bzw. der durch die Zerstäubung beding ten Beanspruchung angepasst.
Das in Form kleinster Tröpfchen in den Feuerraum eingeführte Abwasser wird durch direkten Kontakt mit den durch die Müllverbrennung erzeugten heissen Ver brennungsgasen verdampft und überhitzt, wobei die frei gewordenen organischen Feststoffteilchen in der Schwebe verbrennen, während die mineralischen ver- dampfen, zersetzt werden oder auch als Flugstaub vom Rauchgasstrom erfasst werden. Hierbei kühlen sich zugleich die heissen Müllverbrennungsgase soweit ab, dass eine vorbestimmte Feuerraumtemperatur in der Grössenordnung von ca. 600 bis 800 C eingehalten und somit das feuerfeste Mauerwerk des Ofens nicht unzulässig hoch beansprucht wird.
Dadurch, dass in folge der Rauchgaskühlung der Ascheerweichungspunkt nicht erreicht wird, kann auch ein Ankleben von teigig gewordener Flugasche an den Feuerraumwänden nicht auftreten. Duch weitere Abwassereindüsung werden die Rauchgase weiter abgekühlt, so dass sie schlussendlich mit einer Temperatur in der Grössenordnung von 300 C aus der Anlage in die Atmosphäre austreten.
Das Abwasser könnte, soweit es seine Beschaffen heit erlaubt, bevor es in den Feuerraum eingeführt wird, vorerhitzt werden, und zwar z. B. durch die be reits abgekühlten Verbrennungsgase des Ofens. Zu die sem Zweck könnte eine Rohrschlange, welcher das zu erhitzende Abwasser vor Eintritt in den Feuerraum zugeführt wird, in Richtung der Rauchgasströmung hin ter dem Feuerraum, etwa im Bereich des Abzuges, vorgesehen sein. Dadurch, dass an dieser Stelle die Verbrennungsgase infolge ihrer Wärmeabgabe an das in den Feuerraum eingesprühte Abwasser bereits abge kühlt sind, können Anwachsungen von teigig geworde ner Flugasche an der Rohrschlange nicht auftreten.
Nach Durchströmung der Rohrschlange wird das vor erhitzte Abwasser über Rohrleitungen den Einspritz düsen zugeführt.
Dadurch, dass keine Heizflächen im Feuerraum bzw. in einem nachgeschalteten Ofenzug angeordnet sind, steht die gesamte im Feuerraum erzeugte Ver brennungswärme zur Verdampfung und Überhitzung des Wasseranteils und als Zündwärme zur Verbren nung des Feststoffanteils des in den Ofen eingeführten Abwassers zur Verfügung.
Selbstverständlich können aber auch, vorzugsweise in einem hinteren Ofenzug, Kesselheizflächen angeord net sein, wobei dann natürlich die Abwasserzufuhr pro Zeiteinheit der Grösse und Leistung dieser Kesselheiz flächen angepasst sein muss.
Auf diese Weise wird es ermöglicht, ohne besonde ren apparativen Aufwand, wie er durch Einbau von Kesselheizflächen bedingt ist, die im Ofen erzeugte Verbrennungswärme auf einfache Weise direkt zu ver werten. gleichzeitig die im Hinblick auf die zulässige Feuerraumtemperatur erforderliche Abkühlung der heissen Verbrennungsgase herbeizuführen und drittens zugleich auch eine hygienische Abwasser-Vernichtung zu gewährleisten.
Durch das vorgeschlagene Verfahren wird aber nicht nur das Problem der Beseitigung von Klär schlamm bzw. Abwasser endlich in hygienisch ein wandfreier Weise gelöst, sondern auch sogar eine Mög lichkeit geschaffen, dies in bereits vorhandenen, älteren Müllverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung, die durch den ständig steigenden Müllheizwert immer mehr überbeansprucht sind, bzw. nur noch mit ent sprechend verringertem Mülldurchsatz gefahren wer den können, durchzuführen, so dass eine Aufwertung solcher bereits bestehender und vielleicht sogar stillge legter Anlagen erreicht wird und Neuinvestitionen ge spart werden können.
Das Verfahren ist nicht auf Müllverbrennungsöfen beschränkt, sondern kann auch bei industriellen. Ab- fall-Verbrennungsöfen angewandt werden, wobei hier vorzugsweise industrielle Abwässer vernichtet werden.
Process for the incineration of waste fuels, especially garbage, and incinerator for carrying out this process The main patent relates to a process for the combustion of waste fuels, especially garbage, in which the throughput of the fuel is limited depending on the ash softening point by the height of the furnace temperature.
The main patent is characterized by the fact 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, with the amount of water introduced depending on the temperature of the combustion gases.
The present invention relates to a modification of the method according to the main patent, which is based on the object of combining the combustion of waste fuels with a hygienic destruction of waste water, as will be explained in more detail below.
As is well known, wastewater often accumulates in urban sewage treatment plants and in industry, which not only pollutes heavily, but even contaminates it, i. 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, does not enter natural waters or
can be drained into the sewer system. Apart from the problem of the hygienic destruction of contaminated industrial waste water, 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 arise in municipal sewage treatment plants is still an open problem represent.
On the other hand, there is a problem with waste incineration and in particular waste incineration, the heat developed in the incineration furnace simply and immediately, d. H. to utilize without special equipment expenditure. The present invention is intended to provide a simultaneous solution to these two problems in the context of waste incineration, in particular waste incineration.
Accordingly, the invention relates to a method for incinerating waste fuels, in particular garbage, in which, according to claim I of the main patent, the throughput of the fuel is limited depending on the ash softening point by the height of the furnace temperature and in which water is introduced into the furnace and by heating, Evaporation and overheating of the introduced water, the combustion gases are cooled in the furnace, the amount of water introduced is regulated depending on the temperature of the combustion gases.
It is characteristic of the present invention that wastewater is introduced into the furnace in a finely divided state.
The invention further relates to an incineration furnace for carrying out the aforementioned method, which is characterized in that injection nozzles for introducing the waste water into the furnace are arranged above the combustion grate in at least one wall of the furnace.
The invention is essentially based on the consideration that it must be possible, in the waste incineration process proposed according to the main patent, to introduce into the furnace instead of pure water polluted and / or contaminated wastewater, such as occur in municipal sewage treatment plants or industrial plants so that on the one hand the individual droplets evaporate through direct contact with the hot combustion gases and at the same time the
The combustible solids contained in the suspension burn in suspension and, on the other hand, the hot combustion gases are reduced to a temperature determined by the permissible combustion chamber temperature, d. 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 fragrances are destroyed. Then kanw through further injection of water and / or waste water the outlet temperature of the exhaust gases z. B. can be lowered to about 300 C.
Through this measure, a simple and immediate heat recovery is achieved without any special expenditure on equipment and, on the other hand, an extremely hygienic waste water destruction.
An examination of the average amount of waste and water contained in the liquid digested sludge with regard to the method proposed here confirms that in the important area of hygienic disposal of all biological waste, a combination of waste incineration and municipal wastewater treatment is also practical with regard to the heat balance can be realized, as the following idea shows:
The amount of garbage incurred per inhabitant and year can currently be assumed to be 250 kg, with the steadily increasing calorific value of the garbage today due to the growing standard of living being in the range of 1500 to 2000 kcal / kg, so that with a latent amount of garbage Heat quantity of 0.38 to 0.50 Gcal per inhabitant and year is to be expected.
On the other hand, the amount of dry matter in the liquid digested sludge is approx. 30 kg per inhabitant and year, which with the already mentioned solids content of the sludge of 8%, ie. H. So with a water content of 92 01o, this represents an amount of water of approx. 350 kg per inhabitant and year.
For evaporation of this amount of water and its subsequent overheating to 300 C, i. H. on the exit temperature of the exhaust gases from the system after they have cooled down, a heat quantity of approx. 0.25 Gcal per inhabitant and year is required.
However, this amount of heat represents, depending on the calorific value of the garbage, a proportion of 66 to 50% of the heat generated by the waste incineration, which is within the usual heat utilization degrees of today's waste incinerators.
An example of the implementation of the process, applied to a furnace for incinerating garbage, will be described in more detail below.
As already described in the main patent, the waste incineration furnace can be equipped with a pre-drying grate and an incineration grate connected to this and supplied with an underwind. The combustion chamber, which is lined with refractory bricks, does not have any boiler heating surfaces, so it represents an uncooled combustion chamber.
Above the combustion grate, a row of several injection nozzles is arranged on each of the two side walls of the furnace, through which the waste water is introduced into the furnace in a 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 and the stress caused by the atomization.
The wastewater introduced into the furnace in the form of tiny droplets is evaporated and overheated through direct contact with the hot combustion gases generated by the waste incineration, with the released organic solid particles burning in suspension, while the mineral ones evaporate, are decomposed or as Airborne dust is captured by the flue gas flow. 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 approx. 600 to 800 C is maintained and the fireproof masonry of the furnace is therefore not subject to excessive stress.
Because the ash softening point is not reached as a result of the flue gas cooling, fly ash that has become doughy cannot stick to the walls of the furnace. With further wastewater injection, the flue gases are cooled further so that they finally exit the system into the atmosphere at a temperature of the order of 300 C.
The wastewater could, as far as its nature permits, before it is introduced into the furnace, be preheated, for. B. by the already cooled combustion gases of the furnace. For this purpose, a coil, to which the wastewater to be heated is fed before entering the furnace, could 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 wastewater sprayed into the furnace, growth of fly ash that has become doughy cannot occur on the coil.
After flowing through the coil, the pre-heated wastewater is fed to the injection nozzles via pipes.
Since there are no heating surfaces in the furnace or in a downstream furnace pass, the entire combustion heat generated in the furnace is available for evaporation and overheating of the water and as ignition heat for burning the solid content of the waste water introduced into the furnace.
Of course, boiler heating surfaces can also be arranged, preferably in a rear furnace pass, in which case the waste water supply per unit of time must of course be adapted to the size and performance of these boiler heating surfaces.
In this way, it is made possible, without any special equipment expense, as is caused by the installation of boiler heating surfaces, to directly evaluate the heat of combustion generated in the furnace in a simple manner. at the same time to bring about the cooling of the hot combustion gases required with regard to the permissible combustion chamber temperature and, thirdly, to ensure hygienic waste water destruction at the same time.
The proposed method not only solves the problem of eliminating sewage sludge or sewage in a hygienic way, but also creates a possibility to do so in existing, older waste incineration plants without heat recovery, which is caused by the constantly increasing waste heat value are more and more overused, or only driven with accordingly reduced waste throughput who can perform, so that an upgrade of such existing and perhaps even decommissioned systems is achieved and new investments can be saved.
The process is not limited to incinerators, but can also be used in industrial ones. Waste incinerators can be used, with industrial waste water being destroyed here preferably.