Anlage zum Verbrennen von Abfällen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Verbrennen von Abfällen, insbesondere fester und flüs siger Natur, z. B. Klärschlamm, welche grosse Mengen von unbrennbaren Materialien enthalten. Die Anlage arbeitet unter Anwendung des Wirbelschichtprinzips mit feinen Partikeln schwerschmelzbaren Materials als Wärmeträger. Im allgemeinen besitzen solche Anlagen mehrere Bettungen, wobei die Bettungen vorzugsweise übereinander angeordnet sind. Die Wirbelschicht wird aufrechterhalten, indem man gas- und/oder dampfför- mige Medien hindurchleitet.
Es sind schon verschiedene Vorschläge für die Be- z. seitigung B. von Stadtmüll von Abfallprodukten und Abwasserprodukten, in grossem Ausmass bekannt- <B>'</B> geworden. Mit der vorliegenden Anlage sollen die Nach teile der bekannten Einrichtungen für dirsen Zweck ver mieden werden.
Die erfindungsgemässe Anlage ist gekennzeichnet durch mindestens zwei Verbrennungszonen, eine Brenn stoffleitung und Brenner zur Aufrechterhaltung einer Temperatur zwecks wesentlicher Vergasung von durch eine Leitung zugeführten Abfällen, deren feste Verbren nungsrückstände sich in einer fliessfähigen Feststoff- schicht in einer der Verbrennungszonen in dichter, fliessfähiger Form absetzen, ein Luftfördermittel und eine Leitung, die einen Teil der vom Luftfördermittel gelieferten Luft der einen Verbrennungszone zuführt, wobei die eine der Verbrennungszonen eine Schicht fliessfähiger Feststoffe trägt, durch die aus der anderen Verbrennungszone kommende erhitzte Dämpfe strömen,
ein Standrohr zur Überführung von Feststoffen aus der einen in die andere Verbrennungszone sowie durch eine Leitung zur Aufnahme aller nach oben abströmen den, gasförmigen, dampfförmigen und flüssigen Ver brennungsprodukte.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Anlage beispielsweise dargestellt. Die Zeichnung zeigt die An lage bzw. den Ofen im Aufriss, der eine untere Ver brennungszone<B>11</B> und eine obere Verbrennungszone<B>13</B> besitzt, Diese beiden Zonen sind durch die, Hindurch führung von Gasen, vorzugsweise Luft, in aufswigender Richtung fluidisiert. Ein geeignetes Gebläse für die Luft, das durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird, ist bei<B>15</B> angedeutet. Es beliefert die Leitung<B>17</B> mit Druckluft. Ein wesentlicher Anteil dieser Druckluft strömt nach aufwärts in eine Bodenzone<B>19</B> des unteren Brenners und in die Wirbelschicht-Bettung durch einen Rost 21.
Das Volumen und die Geschwindigkeit der Luft sind so gewählt, dass die Feststoffe in der unteren Verbrennungszone in Wirbelung gehalten werden. Die Gase, welche durch die Bettung hindurchtrr-ten oder in dieser erzeugt werden, steigen aus der Bettung durch die Oberfläche<B>23</B> auf.
Diese Fläche definiert im we sentlichen das Niveau der dichten Schicht der in Wir- belung gehaltenen Feststoffe. Die Gase und Dämpfe steigen in den Boden der oberen Verbrennungszone<B>13</B> auf und treten durch ein Gitter<B>25,</B> auf welchem eine- weitere Wirbelschicht-Bettung liegt. Die aufsteigenden Gase. haben selbstverständlich die gleiche Wirkung wie die Luft in der unteren Bettung, indem sie die Wirbel schicht in der oberen Bettung aufrechterhalten.
Fliessbare Materialien, welche verbrannt werden sol len und welche Gase, Flüssigkeiten oder in Gasen oder Flüssigkeiten suspendierte Feststoffe sein können, wer den in die untere Zone durch eine Leitung<B>31</B> ein geführt. Infolge der Verbrennung und Verdampfung der eingeführten Materialien setzen sich die verbleiben den Feststoffe, wie beispielsweise Asche oder in einigen Fällen Kohle, auf den schwerer schmelzbaren Feststof fen ab, die den Hauptteil der ursprünglichen Feststoffe in der unteren Bettung bilden. Mit der Zunahme des Gesamtvolumens der abgesetzten und ursprünglichen Feststoffe strömen die überflüssigen Feststoffe durch ein Standrohr<B>33</B> ab. Der Abfluss durch dieses Standrohr kann teilweise durch ein Ventil<B>35</B> geregelt werden.
Durch geeignete Einstellung des Ventils<B>35</B> und ins besondere durch eiae abgestimmte Durchströmung zur Aufrechterhaltung des Wirbelzustandes in der Leitung <B>33,</B> der normalerweise erwünscht ist, kann der Durch- satz der Feststoffe, die durch das Standroh#r nach ab wärts fliessen, bestimmt werden.
Ein Teil der vom Gebläse<B>15</B> geförderten Druckluft wird in eine Leitung 41 geführt. Die aus der Bettung überströmenden Feststoffe, die durch das Standrohr ab fliessen, werden von der Strömung in der Leitung 41 mit-erissen. Dadurch gelangen diese Feststoffe an die Oberseite der oberen Verbrennungszone<B>13.</B> Sie fallen in diese Bettun- und vergrössern deren Volumen unter Hinzufügung ihrer Wärme.
Ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff oder eine Mischung derselben wird in den Gasraum oberhalb der Fläche<B>23</B> der unteren Bettung durch eine Leitung<B>51</B> eingeführt. Die Leitung<B>51</B> fördert den Brennstoff zu einem Brenner<B>53,</B> wo derselbe verbrannt wird und des sen Wärme an die aus der Fläche<B>23</B> aufsteigenden Gase abgibt. Diese Gase sowie die Produkte der Brennstoff verbrennung strömen aufwärts durch das Gitter<B>25</B> in die-, obere Verbrennungszone<B>13.</B> Hierdurch kann die Temperatur der Feststoffe in der oberen Bettung we sentlich höher gehalten werden als diejenige der Fest stoffe in der unteren Verbrennungszone.
Die Feststoffe in der oberen Bettung bilden wiederum eine Wirbel schicht mit einer bei<B>55</B> angedeuteten Oberfläche. Beim Aufbau der Wirbelschicht bzw. bei der Zunahme des Volumens derselben gelangen die überschüssigen Par tikeln durch ein Standrohr<B>57</B> in die untere Bettung zurück. Das Standrohr<B>57</B> ist mit einer Abzweigleitung <B>59</B> für die Entnahme von Feststoffen ausgerüstet, wobei die Leitung<B>59</B> ein Ventil<B>61</B> enthält, um die Entnahme mengenmässig zu beeinflussen. Die Entnahmemenge hängt selbstverständlich von der Menge der Asche und anderen unverbrennbaren Materialien ab, dip durch die Verbrennung der Abfallprodukte in das System gelan gen.
Feststoffe, entweder in Form von Abfallprodukten oder Ersatz an schwer schmelzbaren Partikeln, können durch einen Bunker<B>71</B> in die untere Bettung eingeführt werden. Der Bunker<B>71</B> wird von einem Zellenrad<B>73</B> abgeschlossen. Wie bekannt, sind solche Zellenräder oder andere geeignete Vorrichtungen in der Lage, die Zuführung von Feststoffen zu ermöglichen, ohne dabei den Gasen Gelegenheit zum Austritt aus dem entspre- ch,enden Raum zu geben.
Die Feststoffe können entwe der durch Abfallmaterialien gebildet werden, die selbst die benötigten schwer schmelzbaren Partikeln oder Ma terialien enthalten, um die entfernten Partikeln, die mit Asche vermischt oder beschlagen sind, zu ersetzen, oder diese Feststoffe können lediglich feste Abfallprodukte sein, die vom Brenner vernichtet werden. Im letzteren Fall kann es notwendig sein, geringe Mengen schwer schmelzbarer Materialien von Zeit zu Zeit oder kon tinuierlich zuzuführen, um die gewünschte Zusammen setzung der Bettung aufrecht zu erhalten.
Das Gefäss kann als eine Einheit aufgebaut sein, wobei die Wände aus geeignetem Material, wie z. B. Stahl, bestehen, der mit feuerfesten Steinen oder Zement ausgekleidet ist. Statt dessen können getrennte Gefässe übereinander angeordnet werden. Die Temperatur Tl in der unteren Bettuno, ist genügend hoch, damit nach Inb,etriebsetzung des Systems alle Abfallprodukte in irgendeiner Weise vergast oder zumindest verdampft oder teilweise gecrackt werden, selbstverständlich mit Ausnahme der Asche derselben oder allenfalls deren Kohl--ngehalt. Eine gute Arbeitstemperatur lijegt bei 5401<B>C.</B> Die Temperatur kann jedoch auch geringer sein;
sie sollte allerdings vorzugsweise nicht unter 4301<B>C</B> und in den meisten Fällen nicht über<B>6500 C</B> betragen. Bei diesen Temperaturen in der unteren Bettung wird alles Abfallmaterial, das derselben zugeführt wird, gleichgül tig, ob es sich in flüssiger oder fester Form befindet, entweder verdampft, g .,ecrackt oder verbrannt,
und zwar mindestens teilweüe. Im allgemeinen verbIgibt Asche als hauptsächlichster fester Bestandteil und wird auf den schwer schmelzbaren Partikeln abgesetzt oder mit diesen vermischt. Die Wärme für die untere Bettung wird hauptsächlich durch den Strom von Feststoffpartikeln, der durch das Standrohr<B>57</B> von der oberen Bettung hinunterströmt, zugeführt. Die Gase, welche durch die Fläche<B>23</B> der unteren Bettung nach aufwärts strömen, sind an dieser Stelle normalerweise nicht vollständig verbrannt oder oxydiert.
Sie enthalten äusserst uner wünschte Verunreinigungen für die Atmosphäre, dip mindestens störend sind. Diese Verunreinigungen kön nen sogar in gewissen Fällen schädlich sein, falls sie in diesem Zustand aus der Anlage freigegeben werden. Diese Verunreinigungen können stark riechende Zusam mensetzungen und/oder unvollständig verbrannte Pro dukte, wie beispielsweise Kohlenmonoxyd oder Wasser stoff oder H2S usw., enthalten.
Die zusätzliche Ein spritzung von Brennstoff durch die Leitung<B>51</B> hat die Aufgabe, diese Materialien vollständig zu verbrennren. Sie hat auch die Aufgabe,<B>_</B> die aufsteigenden Gase in der Dampfzone auf eine Temperatur T2 zu erwärmen, die wesentlich höher als die Temperatur Tl liegt, z. B. auf<B>10901 C.</B> Bei dieser Temperatur wp-rden alle gas- und dampfförmigen Produkte, die durch die darüber- liegende Zone strömen, praktisch vollständig in ihre end gültigen Oxydationsprodukte, umgewandelt, wie z.
B. in C02, H20, S02 oder SO3.
Die heissen Gase, die die vollständigen Verbrennungs- produkte enthalten, strömen darauf durch dig obere Bet- tung, wobei sie einen Teil ihrer Wärme an dieselbe ab geben. Die obere Bettung besitzt deshalb eine Tempera tur<B>T3,</B> die beträchtlich höher ist als diejenige der un- terpn Bettung, jedoch geringer als die Temperatur T2.
Endlich treten diese Gase mit einer Temperatur T4 aus der oberen Bettung aus, mit welcher sie durch, die Fest- stoffabscheidevorrichtung z. B. durch einen Zyklon<B>81,</B> geführt werden, der eine Austrittsleitung<B>83</B> besitzt. Die abgeschiedenren Feststoffe kehren durch ein Abström- rohr <B>85</B> in bekannter Weise an die obere Bettung zu rück. Die Gase, die in die, Leitung<B>83</B> eintreten, sind vollständig oder praktisch harmlos.
Vorzugsweise wer den diese Gase durch einen Wärmetauscher<B>90</B> geführt, in welchem sie gekühlt werden und ihre Wärme ver wendet wird, um Dampf zu erzeugen oder einen an deren ähnlichen nützlichen Zweck zuerfüllen.
Im wesentlichen ist die Anordnung so, dass die, Gase, die von einer unteren Zone durch die obere Wirbel- schicht-Bettung strömen, eine gewisse Menge von Wärme abgeben, die der Wärme der Strömung der Feststoffe, welche zur unteren Bettung zurückgelangen, entspricht.
Die Feststoffe, die durch die Leitung 41 aus der unteren Bettung mit einer Temperatur von Tl aufsteigen, bei- sp#elsweise mit einer Temperatur von 5401 <B>C,</B> erreichen ihre höhere Temperatur<B>T3</B> im oberen<B>Gefäss.</B> Der Un terschied liegt im wesentlichen in der Wärmemenge, die für die Verdampfung, Verbrennung, das Cracken usw. der Abfallprodukte verwendet wird, welche durch die Leitung<B>31</B> Jer unteren Bettung zugeführt werden.
Wie schon erwähnt, ist der für die Beherrschung des Systems wichtige Faktor die Temperaiur der unte ren Bettung. Diese Temperatur wird durch die Verbren- nung von zusätzlichem Brennstoff oberhalb dieses Bet tes in ausreichender Menge beeinflusst, wobei die Wärme vorerst und hauptsächlich an die Feststoffe in der oberen Bettung abgegeben wird, welche. Feststoffe die Tempe ratur<B>T3</B> erreichen.
In vielen Fällen ist die Menge des durch die Leitung <B>51</B> zugeführten Brennstoffes nur sehr gering. Wenn die Abfallprodukte einen genügend hohen Heizwert aufwei sen, um allen Anforderungen zu entsprechen, wird über haupt kein Brennstoff benötigt. In der Regel ist bei Abfallprodukten, wie beispielsweise Klärschlanim, die einen grossen Wasseranteil, oft etwa<B>90%,</B> enthalten, Brennstoff notwendig, der durch die Leitung<B>51</B> ein geführt wird. Die Zufuhr von Brennstoff durch die Lei tung<B>51</B> wird im allgemeinen in Abhängigkeit vom Was seranteil der zu verbrennenden Abfallprodukte gesteuert, wie schon früher erwähnt.
Die von der Pumpe<B>15</B> gesteuerte Luftmenge ist in deT Regel konstant und ausreichend, um eine gute Wir- belung und genügende Mischung in den beiden Bettun- gen sowie die Zirkulation der Egststoffe zwischen die sen beiden Bettungen aufrecht zu erhalten. Die Menge der schwer schmelzbaren Feststoffe, die zwischen den beiden Bettungen zirkuliert, ist vorzugsweise ebenfalls konstant. Wie schon #erwähnt, können überschüssige Feststoffe, wenn sie anfallen, durch die Leitung<B>59</B> ab geführt werden.
Unter gewissen Bedingungen kann es notwendig sein, die Feststoffe, die die beiden Wirbelschicht-Bet- tungen bilden, zu ergänzen. Zu diesem Zweck können schwer schmelzende Feststoffe geeigneter Art, wie z. B. Granulate aus Metalloxyden, metallischen Partikeln, keramischen Partikeln usw. und Mischungen von sol chen, aus einem Bunker<B>71</B> durch ein Zellenrad<B>73</B> zugeführt wierden. Es sind schon viele Materialien für diesen Zweck bekannt.
Da die Temperatur in der unteren Bettung im all gemeinen eher mässig ist, kann der Rost 21 an deren Boden üblicherweisv aus relativ billigen Materialien her gestellt werden. Vorzugsweise wird feine Legierung ver wendet, die bei den Betriebstemperaturen ausreichend oxydationsbeständig ist. In Fällen, in denen die Abfall produkte Metallstücke oder andere zu grosse Feststoffe für die Wirbelschicht enthalten, können diese Feststoffe auf dem Rost angesammelt werden und eine periodische Entfernung notwendig machen. Dies kann entweder durch eine geeignete, nicht dargestellte Reinigungsöff nung oder durch Stillsetzen der Anlage und Entfernung des Rostes 21 erfolgen.
Im allgemeinen benötigt die obere Bettung keinen Rost im Sinne -einer Abstützung für massive Feststoffe.
Normalerweise ist die erste Wirbelschicht-Bettung unterhalb der zweiten Bettung angeordnet und besitzt eine niedrigere Temperatur, wobei die Temperatur im Raume zwischen den beiden Bettungen höher ist als in jeder der einzelnen Bettungen. In gewissen Fällen müssen die Bettungen nicht in der beschriebenren. Weise übereinande,fliegen. Die zweite Bettung führt der ersten Bettung durch Zirkulation von Feststoffen Wärme zu.
Offen-sichtlich kann eine Zwischenbettung zwischen den Zonen<B>11</B> und<B>13</B> angeordnet werden, sofern dies erwünscht ist, wodurch drei Bettungen entstehen. Die dargestellte Anordnung ist jedoch für die meisten Zwecke ausre-ichend und wird im allgemeinen vorgezogen.