Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von festen Abfallstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von festen Abfallstoffen, bei dem die Abfallstoffe durch einen Erhitzungsraum bewegt und in diesem zunächst getrocknet und erhitzt und daraufhin einem Schmelz raum zugeführt werden, in welchem ihre verbrennbaren Bestandteile verbrannt und die unverbrennbaren Rück stände geschmolzen werden, und bei dem das so entstehende Schmelzgut aus dem Schmelzraum perio disch oder kontinuierlich flüssig abgelassen wird,
wobei in den Schmelzraum durch am Umfang der Schmelzraum- wand gleichmässig verteilte Düsen mit hoher Geschwin digkeit vorerhitzte Verbrennungsmittel eingeführt wer den, wodurch die brennbaren Bestandteile der Abfallstof fe im Schmelzraum unter hoher Turbulenz verbrannt und daraufhin die unverbrennbaren Bestandteile der Abfall stoffe in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt wer den.
Es sind bereits Verfahren zum Verbrennen von festen Abfallstoffen bekannt, bei welchen die bei der Verbren nung der Abfallstoffe zurückbleibende Asche durch Verbrennen von Brennstoffen in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt und dann flüssig abgezogen wird. Dies wird bekanntlich im wesentlichen dadurch erreicht, dass das Verbrennen der Abfallstoffe und das Einschmel zen der Schlacke voneinander örtlich getrennt vorgenom men wird.
Die für das Einschmelzen der Schlacke im Schmelzraum erforderliche hohe Temperatur im Schmelzraum wird hierbei dadurch aufrechterhalten, dass die bei der Verbrennung der Abfallstoffe entstandenen Rauchgase den bei der Verbrennung des Brennstoffes erzeugten Verbrennungsgasen erst dann beigemengt wer den, wenn die letzteren den Schmelzraum verlassen haben, wodurch vermieden wird, dass der Schmelzvor gang durch die einen hohen Anteil an Wasserdampf aufweisenden Rauchgase der Abfallverbrennung gestört wird.
Bei anderen bekannten Verfahren werden die Abfall stoffe zerkleinert und getrocknet, bevor sie verbrannt und ihre dabei entstehenden Rückstände mit Hilfe der Ver brennung hochwertiger Brennstoffe verflüssigt werden.
Die beiden zuvor erwähnten bereits bekannten Ver fahren haben den Vorteil, dass die in den schmelzflüssi- gen Zustand übergeführten Verbrennungsrückstände praktisch frei von organischen Stoffen sind, chemisch aggressive Stoffe bei der im Schmelzraum herrschenden hohen Temperatur zersetzt werden und das Schmelzpro dukt in granulierter oder vergossener Form vollkommen steril ist und keine wasserlöslichen Stoffe enthält, so dass es für verschiedene Zwecke, z.B. als Baustoff, verwen dungsfähig und deshalb wertvoll ist.
Ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht jedoch in dem recht hohen Brennstoffverbrauch, der wegen des meist relativ niedrigen Heizwertes der Abfallstoffe bisher in Kauf genommen werden musste. Bei dem zuvor erwähnten zweiten bereits bekannten Verfahren ist die Aufbereitung und Zerkleinerung der Abfallstoffe sehr umständlich, zeitraubend und kostspie lig, aber gleichwohl unvollkommen, da beispielsweise metallische Stoffe vorher ausgeschieden und separat behandelt werden müssen.
Die besonderen Schwierigkeiten bei der Verbrennung von Abfallstoffen sind hauptsächlich dadurch bedingt, dass sie gewöhnlich, namentlich bei Stadtmüll, aus einem Konglomerat von in chemischer und physikalischer Hin sicht sehr verschiedenartigen Stoffen bestehen, deren Heizwerte grosse Unterschiede aufweisen und deren Brenneigenschaften auch im getrockneten Zustand noch ausserordentlich stark voneinander abweichen.
Der Ab lauf der Verbrennung der brennbaren Bestandteile dieser Abfallstoffe wie auch der Vorgang des Schmelzens der unverbrennbaren Rückstände muss sich aber gleicher- massen vollständig auf staubförmige bis grobstückige und leicht bis schwer brennbare Anteile eines solchen uneinheitlichen Gemisches erstrecken. Ferner ist es erfor derlich, wirbelnde Schmelzprodukte in Tropfenform noch im Bereich hoher Temperatur von den Verbren nungsgasen abzutrennen. Diese Probleme sind bisher noch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst worden.
Zweck der Erfindung ist, die vorgenannten Nachteile zu beheben, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs genannten, bereits bekann ten Verfahren, verbrennliche feste Abfallstoffe jeglicher Art, wie z.B. Stadtmüll, Chemiemüll und sonstigen Indu strie- und Gewerbemüll, für sich allein oder zugleich, ohne umständliche, aufwendige und teure Zerkleinerung der Abfallstoffe und ohne Aufbereitung derselben durch Abscheidung von Eisen- und sonstigen Metallteilen,
sowie zudem auch weitestgehend ohne Einsatz hochwerti ger teurer Brennstoff unter restloser Verbrennung aller brennbaren Substanzen der Abfallstoffe bei vollständiger Verflüssigung der Verbrennungsrückstände und homoge ner Einbindung auch von hochschmelzenden Anteilen der Abfallstoffe zu einem chemisch neutralen, wasserun löslichen und sehr homogenen verwertbaren Schmelz produkt zu verarbeiten, wobei zudem dieses Verfahren ermöglichen soll, neben festen Abfallstoffen, auch flüssi ge, bildsame oder pastenartige Industrieabfälle unter optimaler Wärmeausnutzung und mit gleichem Erfolg verarbeiten zu können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass die im Erhitzungsraum getrockneten und erhitzten Abfallstoffe kontinuierlich um den zylin- derförmigen Schmelzraum herumgeführt, rings über des sen ganzen Umfang gleichmässig verteilt in ihn eingetra Qen und entlang der Schmelzraumwand in Form eines Stromes von ringförmigem Querschnitt frei faltengelassen werden und dass in den Schmelzraum Strahlen der vorerhitzten Verbrennungsmittel mit hoher Geschwindig keit quer durch den ringförmigen Strom der frei herabfal lenden Abfallstoffe hindurch, jedoch von ihm vollständig separiert,
in den durch ihn im Schmelzraum gebildeten zylinderförmigen Hohlraum zu diesem tangential einge führt werden und die Verbrennungsgase aus dem Schmelzraum zum Trocknen und Vorerhitzen der Abfall stoffe sowie zu ihrer Abhitzeverwertung und Weiterbe handlung abgeführt werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch einen den zylinderförmigen Schmelzraum konzen trisch umschliessenden und um ihn um eine vertikale Achse drehbaren, mit einem regelbaren Antrieb versehe- nen Ringteller zur Aufnahme der im Erhitzungsraum getrockneten und erhitzten Abfallstoffe, eine an der Schmelzraumwand oben angeschlossene ringförmige Rut sche und Abstreifer zur gleichmässigen Eintragung der Abfallstoffe vom Ringteller rings um die und entlang der Schmelzraumwand in den Schmelzraum hinein,
auf dem ganzen Umfang der Schmelzraumwand gleichmässig ver teilte, schräg nach unten geneigte und tangential zum Schmelzraum (3) gerichtete Düsenrohre zur Einführung von Verbrennungsmitteln, staubförmigen Abfallstoffen und Brennstoffen, welche Düsenrohre in den Schmelz raum so weit hineinragen, dass sie den ringförmigen Strom der an und ringsum entlang der Schmelzraum wand herabfliessenden festen Abfallstoffe vollständig durchdringen und ihre Mündungen sich ausserhalb des Ringquerschnittes dieses Ringstromes innerhalb des durch ihn gebildeten zylindrischen Hohlraumes befinden,
Öffnungen im oberen Teil der Schmelzraumwand und einen zwischen dem Schmelzraum und dem Erhitzungs- raum angeordneten Verbindungskanal zur Abführung eines Teilstromes der Verbrennungsgase aus dem Schmelzraum in den Erhitzungsraum, sowie eine im Schmelzraum angeordnete Öffnung zur Abführung der restlichen Verbrennungsgase zu den Einrichtungen für die Abhitzeverwertung und Nachbehandlung der Abga se.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung, die zugleich auch das mit ihr ausgeführte erfindungsgemässe Verbrennungsver- fahren veranschaulicht, schematisch dargestellt. Es zei gen: Fig. 1 die Vorrichtung, in einem vertikalen Mittel schnitt durch deren Schmelzraum, und Fig.2 den Schmelzraum der Vorrichtung der Fig. 1, in einem horizontalen Querschnitt nach der Linie II-11 der Fig. 1.
Die zu verbrennenden Abfallstoffe werden aus einem Sammelbunker 34 mittels eines Förderbandes 35 konti nuierlich in einen im wesentlichen aus einem senkrechten Schacht bestehenden Erhitzungsraum 1 eingetragen, in welchem sie zu ihrer Trocknung und anschliessenden Erhitzung zunächst auf eine oberste Gruppe von mit Stacheln 17 versehenen Stachelwalzen 14 fallen. Die mit einem regelbaren Antrieb ausgerüsteten Stachelwalzen 14 rotieren in dem durch zwei Pfeile angedeuteten gleichen Drehsinn und führen das stückige und grobkörnige Gut über sich hinweg, während sie die feinkörnigen Anteile der Abfallstoffe zwischen sich durchfallen lassen.
Das grobe Gut fällt dann auf eine tiefer angeordnete Gruppe von Stachelwalzen 14, die gegenüber den oberen Stachel walzen versetzt sind und deren Drehsinn dem der oberen Walzen entgegengesetzt ist. Diese Bewegung der Abfall stoffe von Walzengruppe zu Walzengruppe kann sich entsprechend dem Feuchtigkeitsgehalt und der Beschaf fenheit der Abfallstoffe mehrmals wiederholen. In Fig. 1 sind drei Gruppen von Stachelwalzen 14 gegeneinander versetzt übereinander angeordnet.
Unter der untersten Walzengruppe ist noch eine einzige Stachelwalze vorgese hen, zwischen deren aus den Stacheln 17 gebildeten Kränzen feststehende, an einer Schachtwand 36 befestigte Stacheln 37 eingreifen und so das zwischen den Walzen- stacheln 17 festgehaltene Gut abstreifen. Die so durch den Erhitzungsraum 1 geführten Abfallstoffe werden durch eine Schurre 15 aus dem Schacht abgeführt, wobei ihnen warme Abgase, die von unten her in die Schurre 15 eintreten, entgegengeführt werden und dann unter Abga be ihrer fühlbaren Wärme an die Abfallstoffe, die dadurch zunächst getrocknet und darauf erhitzt werden, den Erhitzungsraum 1 von unten nach oben durchziehen.
Diese warmen Abgase, deren Herkunft und Zusammen setzung später näher erläutert werden soll, kommen auf ihrem Strömungswege sowohl mit den herabrieselnden als auch mit den auf den Stachelwalzen 14 liegenden Abfallstoffen in innige Berührung, und sie tragen ent sprechend ihrer Strömungsgeschwindigkeit im Erhit- zungsraum 1 staubförmige und mehr oder weniger fein körnige Stoffe mit und verlassen zusammen mit diesen und den bei der Erhitzung der Abfallstoffe entstehenden Dämpfen und gasförmigen Produkten den Erhitzungs- raum durch einen oberen Ausgang 16.
Die durch die Schurre 15 aus dem Erhitzungsraum 1 ausgetragenen Abfälle gelangen nunmehr auf einen Ringteller 2, der einen im wesentlichen zylinderförmigen Schmelzraum 3, koaxial zu diesem angeordnet, um- schliesst und drehbar um eine vertikale Achse gelagert ist. Oberhalb des Ringtellers 2 ist ein ringförmiger Kanal 9 angeordnet, der um den Schmelzraum 3 herumgeführt ist und in welchen die Schurre 15 von oben her einmündet. Ein nach aussen gasdichter äusserer Ringka nal 18 umschliesst den Ringkanal 9, wie auch den Ringteller 2 selbst.
Im Ringkanal 18 ist die Lagerung des Ringtellers 2 untergebracht, die aus Lagerböcken 19 und den Ringteller 2 tragenden Tragrollen 38, sowie Lager böcken 20 und Führungsrollen 39 besteht, wobei die letzteren an einer am Ringteller 2 vorgesehenen, senk recht nach unten ragenden, ringförmigen Führungsleiste 40 anliegen. Am Ringteller 2 ist unten am äusseren Rand ein Zahnkranz 41 befestigt, in den ein Ritzel 21 eingreift, welches von einem Motor 23 über ein Regelgetriebe 22 angetrieben wird. Der rotierende Ringteller 2 verteilt die Abfallstoffe gleichmässig über den ganzen Umfang des Schmelzraumes 3. In der mit 5 bezeichneten Wand des Schmelzraumes 3 sind längliche rechteckige Öffnungen 8 für die Einführung der Abfallstoffe in den Schmelzraum 3 vorgesehen.
In Fig.l nicht dargestellte Abstreifer dienen zur gleichmässigen Eintragung der Abfallstoffe über den gesamten Umfang des Schmelzraumes 3 und werfen die Abfallstoffe auf eine konische Rutsche 4 ab, von der sie rings um den ganzen Umfang des Schmelz raumes 3 entlang der Schmelzraumwand 5 in Form eines ringzylindrischen Stromes abfliessen.
Die Öffnungen 8 dienen zugleich zur Abführung eines Teiles der im Schmelzraum 3 erzeugten Verbrennungsga se über den inneren Ringkanal 9 zum Erhitzungsraum 1. Da diese Verbrennungsgase eines sehr hohe Temperatur aufweisen, werden sie im Ringkanal 9 mit kühlen und entstaubten Abgasen gemischt, die aus einer Leitung 42 hinter zwei der Abhitzeverwertung der Abgase dienenden Wärmeaustauschern 11 und 12 und einem Gasentstauber 13 entnommen und über eine Leitung 43, ein Gebläse 44 und eine Leitung 45 in den äusseren Ringkanal 18 geführt werden.
Diese kühlen Abgase, die vorteilhaft in tangen- tialer Richtung in den äusseren Ringkanal 18 eingeführt werden, strömen von diesem durch zwei Ringschlitze 25 und 26, die durch den äusseren Rand des Ringtellers 2 und einer seitlichen Begrenzungswand des inneren Ring kanals 9 einerseits und zwischen dem inneren Rand des Ringtellers 2 und dem oberen Rand der konischen Rutsche 4 andererseits gebildet werden, in den inneren Ringkanal 9, in welchem sie sich mit den aus dem Schmelzraum 3 abgeführten, heissen Verbrennungsgasen mischen. Durch diese kühlen Abgase wird der Ringteller 2 vor Überhitzung geschützt und sein Verklemmen durch Eindringen von Abfallstoffen in die beiden Schlitze 25 und 26 vermieden.
Ferner wird infolge der Beimischung der kühlen Abgase zu den heissen Verbrennungsgasen aus dem Schmelzraum 3 die Trocknung und Erhitzung der Abfallstoffe im Erhitzungsraum 1 durch die Menge und Temperatur der in den Erhitzungsraum 1 eingeführ ten Abgase geregelt. Eine weitere Beeinflussung des Erhitzungsvorganges ist dadurch möglich, dass die Ver brennung im Schmelzraum 3 mit Luftüberschuss erfolgt, wodurch am Ringteller 2 und zum Teil schon im Erhitzungsraum 1 ein entsprechender Abbrand, d.h. eine Teilverbrennung leicht brennbarer Anteile der Abfall stoffe unter Wärmeentbindung erzielt wird.
Dasselbe kann aber auch durch Luftzuführung in den inneren Ringkanal 9 oder äusseren Ringkanal 18 erreicht werden. In Fig. 1 ist hierfür eine Luftleitung 46 vorgesehen, die in die Abzweigleitung 45 der nachbehandelten kühlen Ab gase einmündet und somit über diese mit dem äusseren Ringkanal 18 verbunden ist.
Am Umfang der Schmelzraumwand 5 sind gleichmäs- sig verteilt Zweistoffdüsen 6 angeordnet, durch die als Verbrennungsmittel dienende vorerhitzte Luft, staubför- mige Abfälle aus Gasentstaubern 31 und 13/32, flüssige Abfallstoffe und/oder Brennstoffe sowie bildsame oder pastenartige Abfälle in den Schmelzraum 3 eingeführt werden. Diese Düsen 6, von denen in der Zeichnung der besseren Übersicht wegen nur vier dargestellt sind (vgl.
insbesondere Fig.2), werden durch ein Gebläse 47 mit vorerhitzter Luft versorgt, welches diese Luft zu ihrer Vorwärmung über eine Leitung 48 durch den Wärmeaus- tauscher 11 und über eine Leitung 49 in eine Ringleitung 50 führt, von der sie durch Leitungen 51 auf die Düsen 6 verteilt wird. Die im Gasentstauber 31 anfallenden staub- förmigen Abfälle werden von einer Staubpumpe 52 mittels eines Trägermittels pneumatisch. vorzugsweise mittels Luft, über eine Staubleitung 53 in die Düsen 6 gefördert.
In entsprechender Weise gelangen die staub- förmigen Abfälle vom Gasentstauber 13/32 über eine Staubpumpe 54 und eine Staubleitung 55 zu den Düsen 6, wo sie sich mit der vorerhitzten Verbrennungsluft verei nigen und zusammen mit dieser in den Schmelzraum 3 strömen. Brennbare flüssige Abfallstoffe oder gegebenen falls Brennstoffe werden anderen Düsen 6' über eine Leitung 56 zugeführt, die mit einer Düse 34 verbunden ist, die sich zentral innerhalb der Düse 6' befindet und derart ausgebildet ist, dass die genannten Stoffe unter eigenem Druck oder mittels Pressluft oder Dampf zer stäubt werden.
Für bildsame oder pastenartige Abfallstoffe wird eine ähnliche Düsenkombination verwendet, wie sie zuvor erläutert wurde. Durch ein in einer Winddüse zentral angeordnetes Rohr, welches sich vorzugsweise konisch erweitert und bis an das Ende der Winddüse erstreckt, werden diese Stoffe, z.B. mittels Pressschnecken oder Kolbenpressen, unter Druck in den Schmelzraum 3 eingeführt.
Ein Boden 57 des Schmelzraumes 3 ist wannenartig ausgebildet, um ein Schlackenbad 30 aufzunehmen, des sen Höhe, d.h. Schlackenbadspiegel, durch eine seitlich in der Schmelzraumwand 5 angeordnete Abzugöffnung 7 für die flüssige Schlacke aufrechterhalten wird.
Die Düsen 6, die in Richtung auf die Oberfläche des Schlackenbades 30 schräg nach unten geneigt sind, sind als relativ lange Düsenrohre ausgebildet und ragen so weit in den Schmelzraum 3 hinein, dass sie den ringzylindri schen Strom der an und ringsum entlang der zylindri schen Schmelzraumwand 5 herabfallenden festen Abfall stoffe gleichsam wie ein Tunnelstollen vollständig durch dringen und ihre Mündungen sich ausserhalb dieses Ringstromes innerhalb des durch ihn zentral im Schmelz raum 3 gebildeten zylindrischen Hohlraumes befinden, wie dies in Fig. 1 an der linken Seite der Schmelzraum wand 5 deutlich gezeigt ist.
Die Achsrichtungen der Düsen 6 berühren in ihrer Projektion auf die Oberfläche des Schlackenbades 30 als gleichsinnige Tangenten einen auf dieser Oberfläche gedachten Kreis 33 (vgl. Fig.2), dessen Umfang gleich oder kleiner ist als der halbe Umfang des Schlackenbades 30. Bei grossen Schmelzräumen 3 wird zur besseren Verteilung der Verbrennungsmittel und der mit diesen eingeführten Stoffe eine grössere Anzahl von Düsen 6 vorgesehen, deren Richtungsprojektion gruppenweise mehrere zum Umfang des Schlackenbades 30 konzentri sche Kreise mit verschiedenen Durchmessern gleichsinnig berühren.
Durch diese tangentiale Einführung der Verbren nungsmittel wird das Schlackenbad 30 in ständiger Umlaufbewegung gehalten, was den Schmelzprozess be günstigt und eine homogene Einschmelzung gewährlei stet. Auch wird durch die tangential eingeblasenen Ver brennungsmittel den im Schmelzraum 3 entstehenden heissen Verbrennungsgasen ein entsprechender Drall er teilt.
Die homogene flüssige Schlacke, die durch die Ab zugöffnung 7 in dem Masse abgeführt wird, wie sich neue bildet, wird über ein Fallrohr 60 in eine Schlackenwanne 58 geführt, dort mit Wasser granuliert und aus der Schlackenwanne 58 in bekannter Weise, z.B. durch ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Kratzerband, ausgetragen und auf ein Förderband 59 abgeworfen, welches die granulier te Schlacke zu einem Bunker befördert.
Durch die abzugöffnung 7 werden ausser der flüssigen Schlacke durch Saugwirkung auch geringe Mengen heisser Ver brennungsgase aus dem Schmelzraum 3 abgezogen, .um die wassergekühlte Öffnung 7 ständig warmzuhalten, d.h. deren sogenanntes Einfrieren zu verhindern. Diese heissen Verbrennungsgase werden dann zusammen mit dem beim Granulieren der flüssigen Schlacke entstande nen Wasserdampf vom Fallrohr 60 über eine Leitung 61 in den Abgasstrom, z.B. in die Abgasleitung 42, zurück geleitet.
Im Boden 57 des Schmelzraumes 3 ist eine Abstichöffnung 62 vorgesehen, um bei Stillsetzung der Anlage das Schlackenbad 30 abzulassen bzw. flüssige Metalle, die sich unterhalb der flüssigen Schlacke am Boden 57 sammeln, periodisch abzuziehen.
Die bei der Verbrennung der Abfallstoffe gebildeten Verbrennungsgase werden vom Schmelzraum 3 zum Teil zur Trocknung und Erhitzung der Abfallstoffe über die Öffnungen 8 der Schmelzraumwand 5 abgezogen. Der Rest der Verbrennungsgase zeiht durch eine Öffnung 10 aus dem Schmelzraum 3 ab und wird in einen zylindri schen Mischraum 27 geführt. Die Öffnung 10 hat einen erheblich engeren Querschnitt als der Schmelzraum 3, um den Drall der Verbrennungsgase bei ihrem Austritt aus dem Schmelzraum 3 zu verstärken.
Hierdurch wer den im Gasstrom noch schwebende Schlackenteilchen infolge der Fliehkraftwirkung ausgeschleudert und dann entlang der Wand in den Schmelzraum 3 zurückge führt.
Die aus dem Erhitzungsraum 1 durch den oberen Ausgang 16 abgeführten Abgase strömen durch eine Leitung 63 zum Gasentstauber 31, in welchem die von den Abgasen mitgetragenen staubförmigen Abfälle abge schieden werden. Die so gereinigten Abgase werden über eine Leitung 64 mittels eines Gebläses 65 abgezogen und über eine Leitung 66 in eine Ringleitung 67 gefördert,
aus der sie über Leitungen 68 durch in der Wand des zylindrischen Mischraumes 27 auf dessen Umfang gleich- mässig verteilte Öffnungen 28 tangential in den Misch raum 27 eintreten. Zur Regelung der Temperatur im Mischraum 27 kann diesem noch ein Teil kühler Abgase aus der Abgasleitung 42 zugeführt werden, indem ein Gebläse 70 diesen Teil der kühlen Abgase über eine Abzweigleitung 69 der Abgasleitung 42 ansaugt und ihn über eine Leitung 71 ebenfalls in die Ringleitung 67 drückt.
Im Mischraum 27 werden die über die Öffnungen 28 tangential eingeblasenen Abgase mit den heissen Verbrennungsgasen aus dem Schmelzraum 3 intensiv vermischt und dann durch eine Leitung 72 zur Abhitze- verwertung abgeführt.
Die Vermischung der kühlen Abgase mit den heissen Verbrennungsgasen erfolgt auf besonders kurzem Wege, wenn der Drehsinn der tangential in den Mischraum 27 eingeführten Abgase dem durch die tangentiale Einfüh rung der Verbrennungsmittel über die Düsen 6 in den Schmelzraum 3 bedingten Drall der aus dem Schmelz raum 3 austretenden Verbrennungsgase entgegengesetzt ist.
Die Abhitzeverwertung der Abgase erfolgt im Wärme- austauscher 11 zur Luftvorwärmung und im als Abhitze- kessel ausgebildeten Wärmeaustauscher 12 zur Dampfer zeugung. Hierzu wird aus der Leitung 72 ein Teil strom der Abgase über eine Abzweigleitung 73 dem Wärmeaustauscher 11 zugeführt, in dessen Abgasaus trittsleitung 74 eine Drosselklappe 75 als Regelorgan vorgesehen ist.
Der andere, restliche Teilstrom der Abga se wird über eine Leitung 76 in den Abhitzekessel 12 geführt, der aus einem Dampfüberhitzer, Verdampfer und Speisewasservorwärmer besteht. Aus dem Abhitze- kessel 12 treten die Abgase über eine Leitung 77 aus, in der sich ebenfalls eine Drosselklappe 78 befindet.
Die Abgase aus den beiden der Abhitzeverwertung dienenden Wärmeaustauschern <B>11</B> und 12 werden zu ihrer Entstaubung über die beiden Leitungen 74 u. 77 in den gemeinsamen, als Fliehkraftabscheider ausgebildeten Gasentstauber 13/32 und von diesem über die Leitung 42 mittels eines in Fig. 1 nicht dargestellten Saugzuggebläses über einen Schornstein ins Freie geführt.
Die Wand 5 des Schmelzraumes 3 und gegebenenfalls auch die zylindrische Wand des Mischraumes 27 werden von einem in Fig. 1 nicht dargestellten, Rohr an Rohr verlegten Röhrensystem eines Dampfkessels gebildet, in welchem Wasser im Naturumlauf oder Zwangsdurchlauf verdampft wird.
Dieses Röhrensystem, welches mit einem gasdichten Mantel umgeben ist, besitzt vorzugsweise mit dem Abhitzekessel 12 eine gemeinsame Dampftrommel, von welcher der in beiden, d.h. im Wandrohrensystem (5/27) und Abhitzekessel 12, erzeugte Sattdampf zum Überhitzer geleitet wird.
Beispiel In einer Vorrichtung, die der in der Zeichnung dargestellten, zuvor beschriebenen entspricht, soll ein Stadtmüll mit einem unteren Heizwert von ca. 1200 kcal/kg verbrannt werden, wobei dieser Stadt müll eine durchschnittliche Zusammensetzung von 4500 Feuchtigkeit, 25% brennbaren Bestandteilen und 30/0 anorganischen Bestandteilen (Asche) aufweist.
Bei einem täglichen Durchsatz von ca. 100 t Stadtmüll werden im Durchschnitt stündlich 4,17 t Müll durch das Förderband 35 in den Erhitzungsraum 1 eingeführt. Diesem Müll strömen 3 600 Nm3/h warme Abgase entgegen, die beladen mit dem Wasserdampf aus der Feuchtigkeit und ca. 2-0 kg/h Staub aus dem Müll den Erhitzungsraum 1 mit einer Temperatur von 200 C verlassen. In der Entstaubungseinrichtung 31 wird der Staub von diesen Abgasen abgetrennt, wonach die so gereinigten Abgase in den Mischraum 27 geführt wer den.
Im Schmelzraum 3 wird der getrocknete und erhitzte Müll mit 7 700 Nm3/h Luft verbrannt, die im Wärme- austauscher 11 auf 700 C vorgewärmt und durch die Düsen 6 in dem Schmelzraum 3 eingeblasen wurde. Auch der Staub aus den beiden Gasentstaubern 31 und 32, zusammen ca. 250 kg/h, wird durch die Düsen 6 in den Schmelzraum 3 eingeführt. In der Schmelzzone herrscht dann eine Temperatur von ca. 1800 C. Im Schlackenbad 30 werden die anorganischen Bestandteile des Mülls homogen eingeschmolzen.
Durch die Abzug öffnung 7 fliesst stündlich 1,2 t Schlacke ab, die aus der mit Wasser gefüllten Schlackenwanne 58 granuliert aus getragen wird.
Der lichte Durchmesser des Schmelzraumes 3 beträgt <B>1</B>400 mm, die Höhe des Schlackenbades 30 beträgt 400 mm.
Durch die Öffnungen 8 werden 1700 Nm3/h Ver brennungsgase aus dem Schmelzraum 3 abgezogen, die sich im Ringkanal 9 mit<B>1900</B> Nm3/h kühlen Abgasen aus der Leitung 42 mischen und dann in den Erhitzungs- raum 1 geführt werden. Durch die Austrittöffnung 10 des Schmelzraumes 3 werden 6 700 Nm3/h Verbrennungs gase abgeführt, die mit einer Temperatur von ca. 1 450 C in den Mischraum 27 eintreten. Diese Verbrennungsgase mischen sich im Mischraum 27 mit 5 800 Nm3/h Abga sen aus dem Erhitzungsraume 1 und aus der Abgaslei tung 42.
Somit verlassen 12 500 Nm3/h Mischgase den Mischraum 27 mit einer Temperatur von 900 C durch den oberen Ausgang 29, von welchem ein Teilstrom von 6 900 Nm3/h in den Wärmeaustauscher 11 zur Vorwär- mung der Verbrennungsluft und der Rest in den Abhitze- kessel 12 geführt wird.
Diese Abgase werden dann im nachgeschalteten, beiden gemeinsamen Gasentstauber 13/32 entstaubt und verlassen diesen mit einer Tempera tur von 200 C durch die Leitung 42, aus der 10 550 Nm3/h durch das Saugzuggebläse über den Schornstein ins Freie gefördert werden.
Der Schmelzraum 3 und die Abführung der Verbren nungsgase bis zum Mischraum 27 sind als Dampfkessel ausgebildet und mit dem Abhitzekessel 12, in welchem sich der Dampfüberhitzer. Verdampfer und Speisewas- servorwärmer befinden, zu einem einzigen, in sich ge schlossenen Kesselsystem vereinigt. Diesem Dampfkes- selsystem werden ca. 5,5 m3/h Kesselspeisewasser zuge führt, und es werden in ihm ca. 5 t/h Dampf mit einem Druck von 100 ata und einer Temperatur von 450 C erzeugt.
Die Anlage wird mit Heizöl oder, falls verfügbar, mit Abfallöl angefahren, welches durch die Leitung 56 den Düsen 6 zugeführt und im Schmelzraum 3 zunächst mit noch kalter Verbrennungsluft verbrannt wird. Im glei chen Masse, wie die Teile der Anlage hierdurch erwärmt werden, wird Müll in den Erhitzungsraum 1 eingetragen. Sobald die erforderlichen Betriebstemperaturen erreicht sind, wird die Heizölzufuhr abgeschaltet. Wenn der Heizwert des Stadtmülls vorübergehend wesentlich unter <B>1</B>200 kcal/kg absinkt, werden die Ölbrenner wieder in Betrieb genommen, um die Temperatur und den Schmelzvorgang im Schmelzraum 3 aufrechtzuerhal ten.
Nachdem zuvor anhand der Zeichnung namentlich die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, wie auch das letztere selbst beschrieben worden sind, werden im folgenden zum besseren Verständnis insbesondere des Verfahrens dessen wesentliche Aspekte in allgemeiner Darstellung, wie auch seine Vorteile erläutert.
Dadurch, dass die im Erhitzungsra.um getrockneten und vorerhitzten Abfallstoffe kontinuierlich um den Schmelzraum herumgeführt und rings über dessen gan zen Umfang gleichmässig verteilt in ihn eingetragen und entlang der zylindrischen Schmelzraumwand frei fallen gelassen werden, bildet sich im Schmelzraum ein Strom der Abfallstoffe von ringförmigem Querschnitt.
Dadurch wird erreicht, dass die Abfallstoffe im Schmelzraum den Verbrennungsmitteln eine grosse Angriffsfläche bieten, wobei durch ihren Fluss an und entlang der Schmelz raumwand der Verbrennungsablauf im Innern des Schmelzraumes, d.h. also innerhalb dieses aus Abfallstof fen bestehenden Ringes, nicht gestört wird, so dass dort eine hohe Temperatur aufrechterhalten und daher auch eine optimale Wärmeübertragung durch Strahlung auf die Abfallstoffe erreicht wird. Somit wird bereits wäh rend ihres Herabfliessens an der Schmelzraumwand die Reaktionsbereitschaft der Abfallstoffe ganz erheblich gesteigert.
Die quer durch den ringförmigen Strom der Abfall stoffe hindurchgeführten, jedoch von diesem Abfallstrom dank der ihn tunnelstollenartig vollständig durchdringen- den Düsenröhre vollständig separierten Verbrennungs- mittelstrahlen haben in mehrfacher Hinsicht eine beson ders vorteilhafte Wirkung, was im folgenden mehr im einzelnen erläutert werden soll.
Einerseits wird der Fluss der Abfallstoffe durch die Strahlen der Verbrennungsmittel nicht gestört und an dererseits üben die Strahlen der erst ausserhalb der Abfallstoffe, d.h. erst innerhalb des vom ringförmigen Abfallstrom begrenzten zylinderförmigen Hohlraumes mit hoher Geschwindigkeit aus den Düsenrohren austreten den Verbrennungsmittel unter Bildung von Wirbeln aus den heissen Verbrennungsgasen eine Saugwirkung auf die an der Schmelzraumwand herabfliessenden Abfallstoffe aus, wodurch deren feinkörnige Bestandteile aus dem Fluss der Abfallstoffe herausgerissen und ins Innere des Schmelzraumes, d.h. in den von dem Ringstrom der Abfallstoffe gebildeten Hohlraum getragen werden,
wo sie schwebend unter hoher Turbulenz verbrennen. Auch flüchtige Bestandteile der organischen Abfallstoffe, die durch die starke, vom Innern des Schmelzraumes ausge hende Wärmestrahlung ausgetrieben werden, werden auf diese Weise in den Hohlraum hinein abgesaugt und dort verbrannt. Hingegen fallen die grobkörnigen und stücki- gen Abfallstoffe auf den Boden des Schmelzraumes und brennen dort aus, da die Düsenrohre und damit Verbren nungsmittelstrahlen schräg nach unten in den Schmelz raum gerichtet sind bzw. in ihn eingeführt werden.
Aus diesen Gründen kann die Massnahme, die Ver brennungsmittel durch Düsenrohre, welche die im Schmelzraum in Form eines Ringstromes herabfliessen den Abfallstoffe tunnelstollenartig durchqueren, mit praktisch unverminderter Geschwindigkeit in einen von diesem Ringstrom begrenzten zentralen Hohlraum einzu blasen, dem konventionellen Einblasen von Verbren nungsmitteln in oder auf die flüssige Schlacke eines Schlackenbades nicht gleichgestellt werden.
Zwar kann bei einer Ausführungsform des vorge schlagenen Verfahrens, wie sie zuvor anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Vor richtung erläutert wurde, ebenfalls ein Schlackenbad vorgesehen sein, wobei ebenfalls ein Teil der Strömungs energie der Verbrennungsmittel auf dieses Schlackenbad zu dessen Umlaufbewegung übertragen wird, jedoch ist auch bei dieser Ausführung des Verfahrens die zuvor erläuterte, auf die an der Schmelzraumwand herabflies- senden Abfallstoffe ausgeübte Saugwirkung von primärer Bedeutung.
Durch diese Saugwirkung wird auf neuartige Weise eine vorteilhafte selektive Verbrennung der Abfallstoffe erreicht, indem nunmehr die Entgasungsprodukte und die staubförmigen bzw. feinkörnigen Substanzen im Schmelz raume schwebend unter hoher Turbulenz verbrannt wer den, während die grobkörnigen und stückigen Stoffe am Boden des Schmelzraumes bzw. im Schlackenbad aus brennen und dort deren Rückstände in den schmelzflüssi gen Zustand übergeführt werden.
Der durch das zuvor beschriebene Verfahren erzielte technische Fortschritt besteht im wesentlichen darin, dass feste Abfallstoffe jeglicher Art, wie z.B. Stadtmüll, Che miemüll und sonstiger Industrie- oder Gewerbemüll, für sich allein oder zusammen, gleich günstig bei sehr hoher Temperatur im Schmelzraum verbrannt werden können, wobei sie aufgrund ihrer gleichmässigen Verteilung und Führung rings auf dem gesamten Umfang der Schmelz raumwand durch optimale Wärmeübertragung der Wär mestrahlung aus dem Innern des Schmelzraumes in hohe Reaktionsbereitschaft versetzt werden und durch die se- lektive Verbrennung der Abfallstoffe (schwebendes Fein korn und Entgasungsprodukte bei hoher Turbulenz im Innern des Schmelzraumes)
die höchste Temperaturkon zentration im Innern des Schmelzraumes erreicht wird. Dabei ist der Wärmeentzug durch die Schmelzraumwand infolge ihrer Abschirmung durch die an ihr in Form eines Ringstromes herabfliessenden Abfallstoffe denkbar ge ring, so dass die im Schmelzraum entbundene Wärme in höchster Temperaturlage direkt und praktisch vollkom men dem Schmelzprozess zugute kommt.
Deshalb können mittels dieses neuen Verfahrens auch Abfallstoffe mit relativ niedrigem Heizwert, wie z.B. Stadtmüll, ohne Zugabe teurer hochwertiger Brennstoffe unter vollständiger Einschmelzung der Schlacke ver brannt und dadurch dank der trotz der namentlich im Stadtmüll bunt durcheinandergewürfelten Bestandteile sehr homogenen Schlacke in ein für mannigfaltige Zwek- ke, namentlich Bauzwecke, sehr gut verwendbares Misch schmelzprodukt von überaus gleichmässiger Beschaffen heit verwandelt werden.
Zudem ist das Verfahren universal anwendbar, d.h. es können mit ihm neben allen festen verbrennbaren auch flüssige, bildsame oder pastenartige Abfallstoffe, wie sie namentlich z.B. in der chemischen Industrie und in Gewerbebetrieben anfallen, gleichzeitig im Schmelzraum bei höchstem Durchsatz verarbeitet werden, wobei gegen über den entsprechenden herkömmlichen Verfahren noch der weitere, ganz erhebliche Vorteil hinzukommt, dass die Abfallstoffe direkt, d.h. so wie sie ankommen, ohne Zerkleinerung und Aufbereitung,
sowie ohne Ausschei dung von Eisen- und sonstigen Metallteilen verarbeitet werden können und dass teurer hochwertiger Brennstoff nicht oder höchstens nur in geringer Menge bzw. nur bei Inbetriebsetzung der Vorrichtung zugesetzt zu werden braucht.
Als Verbrennungsmittel wird beim zuvor beschriebe nen Verfahren vorzugsweise vorerhitzte Luft verwendet. In Sonderfällen kann aber auch die Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff ange bracht sein.
Die Turbulenz der Verbrennungsmittel und der bei der Verbrennung der Abfallstoffe entstehenden Verbren nungsgase wird durch die Wahl der Geschwindigkeit der Verbrennungsmittel bei ihrem Eintritt in den Schmelz raum dem jeweiligen Brennverhalten der Abfallstoffe angepasst. Im allgemeinen liegt diese Geschwindigkeit zwischen 50 und 300 m/sec und in Sonderfällen noch höher.
Wenn die Abfallstoffe einen für die Erreichung der erforderlichen hohen Temperatur im Schmelzraum zu geringen Gehalt an brennbaren Bestandteilen aufweisen, dann werden Brennstoffein den Schmelzraum eingeführt, die fest, flüssig odergasförmig sein können. Die Einrich tung dazu wird zweckmässig in jedem Falle an der Vorrichtung vorgesehen, um die letztere unter Verbren nung von Brennstoffen rasch in Betrieb setzen bzw. solche dem Schmelzraum dann zuführen zu können, wenn der Heizr=rert der Abfallstoffe vorübergehend zu weit absinken sollte. Es liegt auf der Hand, dass indu strielle bzw. chemische Abfallstoffe von hohem Heizwert und gleichbleibender Beschaffenheit die genannten Funk tionen der eigentlichen Brennstoffe mit übernehmen können.
Für die Trocknung und Erhitzung der festen Abfall stoffe kann anstelle des zuvor anhand der Fig. 1 erläuter ten. mit Stachelwalzen versehenen vertikalen Schachtes jeder andere hierfür geeignete Trockner, z.B. ein Trom- meltrockner, Tellertrockner u.a. verwendet werden.
In dessen ist für solche Abfallstoffe, die im Hinblick auf Grösse und Beschaffenheit ihrer einzelnen Bestandteile besonders uneinheitlich sind, namentlich Stadtmüll, wel cher Bestandteile aus feinstem Staub bis zu groben Stücken enthält, deren Eigenschaften zwischen spröde und weich, sowie plastisch und faserig beliebig wechseln, die Verwendung des senkrechten Schachtes mit Stachel walzen als Erhitzungsraum besonders vorteilhaft, und zwar deshalb, weil damit eine Trocknung und Erhitzung selektiver Art erzielt wird.
Die groben Stücke, die zu ihrer Trocknung und Erhitzung die längste Zeit benöti gen, bleiben auf den Stachelwalzen liegen und werden langsam entsprechend der Drehgeschwindigkeit der Sta chelwalzen durch den Schacht bewegt, indem sie jeweils von einer Gruppe der Stachelwalzen auf die nächstuntere Walzengruppe fallen.
Körnige Stoffe hingegen prallen durch ihren Fall zunächst auf die groben Stücke, rieseln dann infolge deren Bewegung zwischen den Stacheln der Walzen hindurch und gelangen so im Gegenstrom zu den warmen Abgasen schneller durch den Schacht als die groben Stücke. Faserige Stoffe hingegen, z.B. Lumpen oder Papier, oder plastische Stoffe, die sich zwischen den Stacheln verfangen, werden durch die zwischengreifenden Stachelkränze nebeneinanderliegender Walzen durch de ren Rotationsbewegung zerrissen oder abgestreift.
Die staubförmigen Anteile der Abfallstoffe schliesslich, deren Trocknung spontan erfolgt, werden hingegen im Gleich strom von und mit den warmen Abgasen oben aus dem Schacht herausgetragen.
Die Stachelkränze der nebeneinander liegenden Sta chelwalzen sind gegeneinander versetzt angeordnet, und der Achsabstand der Stachelwalzen ist so gering gewählt, dass sich die Stachelkränze der einen Stachelwalze zwi schen denen der anderen bewegen und sich hierbei fortwährend von sich verfangenden Abfällen selbst be freien. Bei einzelnen Stachelwalzen greifen feststehende, an der Schachtwand befestigte Stacheln zwischen die Stachelkränze der rotierenden Stachelwalzen und halten diese frei.
Um das grobe Korn der festen Abfallstoffe länger im Erhitzungsraum verweilen zu lassen als das Feinkorn, ist es zweckmässig, die gegenseitige Entfernung (Teilung) der einzelnen Stacheln untereinander bei den oberen Stachelwalzen am grössten zu wählen und sie zu den unteren Stachelwalzen hin abnehmen zu lassen. Hier durch wird erreicht, dass das grobe Korn zwar durch die oberen Stachelwalzen hindurchfällt, jedoch von den .unte ren Stachelwalzen zurückgehalten wird und im Erhit- zungsraum länger verweilt als feines Korn.
Abgesehen von der Temperierung der im Schacht nach oben ziehen den warmen Abgase ist eine weitere Möglichkeit zur Regulierung des Trocknungs- und Erhitzungsvorganges im Erhitzungsraum dadurch gegeben, dass man die einzelnen Stachelwalzen oder Walzengruppen mit ver schiedener Drehzahl und damit verschieden hoher Um fangsgeschwindigkeit rotieren lässt.
Die beschriebene Trocknung und Erhitzung der fe sten Abfallstoffe kombiniert auf sinnvolle Art Schicht- und Schwebetrocknung bzw. Erhitzung bei gleichzeitiger Sichtung und Abführung der staubförmigen Anteile der Abfallstoffe durch die bzw. mit den abziehenden Abga- se(n). Das auf den Stachelwalzen befindliche Haufwerk liegt daher nicht dicht und wird unter intensiver Trock nung und Erhitzung von den Abgasen durch- und umströmt. Es ist möglich, bei dieser Einrichtung den Abfallstoffen auch Schlämme, z. B. von Klärteichen, zu zusetzen.
Zum Trocknen und anschliessenden Erhitzen der Abfallstoffe wird nur ein Teil der im Schmelzraum erzeugten, sehr heissen Verbrennungsgase benutzt, wobei diesem Teil zur Absenkung der Gastemperatur kühle und entstaubte Abgase zugemischt werden. Der restliche Teil der Verbrennungsgase wird in den Mischraum geleitet, in weichem sie mit den aus dem Erhitzungsraum kommen den, kühleren entstaubten Abgasen zur Temperaturrege lung vermischt werden, worauf das so entstandene Gas gemisch mit praktisch konstanter Temperatur der Abhit- zeverwertung,
d.h. dem Wärmeaustauscher für dic Luft- vorwärmung und dem Abhitzekessel für die Dampferzeu gung, zugeführt wird.
Die Massnahme, die aus dem Erhitzungsraum abge führten kühlen Abgase einem Gasmischraum zuzuführen und sie dort mit heissen Verbrennungsgasen zu vermi schen, verfolgt aber auch den Zweck, die bei der Trocknung und Erhitzung der Abfallstoffe entstehenden übelriechenden Gase und Dämpfe, d.h. die sogenannten Brüden , auf eine Temperatur von über 700 C zu erhitzen, um sie dadurch zu zersetzen und geruchlos zu machen.
Eine besonders gleichmässige Schlacke mit vollstän dig homogener Einbindung auch von hochschmelzenden Anteilen der Abfallstoffe, wie z.B. Porzellan, hochfeuer feste Stoffe, wird dadurch erreicht, dass über dem Boden des Schmelzraumes ein Schlackenbad aus den vorher geschmolzenen anorganischen Bestandteilen der Abfall stoffe dauernd aufrechterhalten wird. Diese hochschmel zenden Anteile werden im Schlackenbad aufgelöst, indem sie mit der flüssigen Schlacke niedrigschmelzende Kom plexverbindungen bilden.
Hierbei ist vorteilhaft, das Schlackenbad durch die Strömungsenergie der in den Schmelzraum eingeblasenen Verbrennungsmittel in lebhafter Bewegung zu halten, um den Auflösungsvorgang zu beschleunigen und eine innige Vermischung der geschmolzenen Stoffe zu bewirken. Daher werden die Verbrennungsmittel, zum gleichen Zweck aber auch der bei der Abgasentstaubung anfallen de Staub, wie auch die gegebenenfalls in den Schmelz raum einzuführenden Brennstoffe schräg nach unten in Richtung auf das Schlackenbad eingeführt. Der Auflö- sungs- und Mischvorgang wird durch ein um seine vertikale Achse rotierendes, turbulent bewegtes Schlak- kenbad sehr gesteigert.
Deshalb werden die Verbren nungsmittel derart auf das Schlackenbad geführt, dass die Projektion der Mittellinien ihrer Düsenstrahlen auf die Schlackenbadoberfläche gleichsinnig tangential einen oder mehrere gedachte, zum Umfang des Schlackenbades konzentrische Kreise auf der Badoberfläche berühren.
Da die am Umfang des Schlackenbades einfallenden grob- stückigen Stoffe eine längere Schmelzzeit benötigen, wird der Antrieb des Schlackenbades durch die Verbrennungs- mittelstrahlen mehr in das Zentrum des Schlackenbades verlegt, wodurch der Badantrieb durch die aussen am Badumfang befindlichen festen Stoffe nicht behindert und eine heftige Bewegung des Schlackenbades gewähr leistet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Umfang bzw. die Umfänge des bzw. der erwähnten, auf der Badoberfläche gedachten Kreise gleich oder/und kleiner als der halbe Umfang des Schlackenbades gewählt wird bzw. werden.
Die spezifisch leichteren brennbaren Antei le der Abfallstoffe schwimmen oben auf dem Schmelzbad und sammeln sich im Zentrum des Schlackenwirbels, wo sie von den Verbrennungsmitteln erfasst und ausgebrannt werden.
Die vom Schlackenbad aufgewirbelten sowie die beim Verbrennen und Schmelzen der schwebenden feinkörni gen Stoffe im Schmelzraum gebildeten Schlackentropfen werden durch den Drall der Verbrennungsgase im Schmelzraum infolge der Fliehkraftwirkung ausgeschleu- dert und fliessen dann an der Schmelzraumwand zum Boden oder in das Schlackenbad.
Die Wirkung der auf die festen und flüssigen Schwebeteilchen ausgeübten Fliehkraft wird dadurch noch wesentlich gesteigert, dass die Verbrennungsgase unter Erhöhung ihres schon durch die tangentiale Einführung der Verbrennungsmittel er zeugten Dralls durch einen sich allmählich verjüngenden Ausgang aus dem Schmelzraum nach Art einer Wirbel senke abgeführt werden, wodurch sich nach dem physi kalischen Gesetz der gleichbleibenden Drallenergie (u X r = konstant) die Umfangsgeschwindigkeit u in demjenigen Masse erhöht, wie sich der Radius r verringert.
Die im Schmelzraum gebildete flüssige Schlacke wird über eine entweder im Boden oder in der Seitenwand des Schmelzraumes angeordnete Öffnung abgeführt, je nach dem, ob ohne oder mit Schlackenbad gearbeitet wird. Aber auch im letzteren Falle wird zweckmässig eine verschlossene Öffnung im Schmelzraumboden vorgese hen, um bei Ausserbetriebnahme der Vorrichtung die Schlacke ganz ablassen bzw. während des Betriebes dort angesammelte verflüssigte Metalle periodisch abführen zu können.
Bei kontinuierlichem Abzug der Schlacke werden in vorteilhafter Weise mit dieser zugleich geringe Mengen heisser Verbrennungsgase aus dem Schmelzraum abgesaugt, wodurch die Abflussöffnung dauernd warm gehalten, d.h. ihr Einfrieren vermieden wird. Diese Verbrennungsgase werden dann gegebenenfalls in den Abgasstrom zurückgeführt.
Die aus der Verbrennung, Trocknung und Erhitzung der Abfallstoffe resultierenden Abgase werden einer Ab- hitzverwertung zugeführt, die gewöhnlich aus einem Wärmeaustauscher für die Vorwärmung der Verbren nungsmittel, z.B. Luft, und einem Abhitzekessel zur Dampferzeugung besteht. Wenn Luft als Verbrennungs mittel benutzt wird, ist es vorteilhaft, ihre Erhitzung möglichst hoch zu treiben, um eine im Verhältnis zur Verbrennungswärme der Abfallstoffe möglichst hohe Wärmemenge für den Schmelzprozess zur Verfügung zu haben. Im allgemeinen wird man die Verbrennungsluft auf eine Temperatur von etwa 450 bis 700 C erhitzen, in Sonderfällen aber auch höher.
Der Abhitzekessel besteht gewöhnlich aus einem Speisewasservorwärmer, Verdamp fer und überhitzer. Da im Doppelmantel oder Röhren system des Schmelzraumes vorteilhafterweise ebenfalls Dampf erzeugt wird, können beide, d.h. der Abhitzekes- sel und der Schmelzraum, zu einer in sich geschlossenen Dampferzeugungseinheit zusammengefasst und dann an eine gemeinsame Dampftrommel angeschlossen wer den.
Entsprechend den unvermeidlichen Schwankungen im Heizwert und Wassergehalt der Abfallstoffe ändert sich auch die Temperatur der Abgase vor ihrem Eintritt in die Abhitzeverwertung. Diese Schwankungen würden sich auf die Vorwärmung der Verbrennungsmittel und na mentlich die Dampfüberhitzung übertragen. Um den dadurch bedingten unsteten Betrieb zu vermeiden, wird in vorteilhafter Weise ein Teil kühler Abgase hinter deren Abhitzeverwertung und Nachbehandlung dem Abgas strom entnommen und dem Mischraum oder den aus dem Schmelzraum abziehenden Verbrennungsgasen zu geführt.
Hierdurch kann die Temperatur der im Misch raum gebildeten Mischgase vor deren Abhitzeverwer- tung auf konstanter Höhe gehalten werden, indem die Menge der zurückgeführten kühlen Abgase entsprechend geregelt wird.
Die aus der Abhitzeverwertung abgeführten Abgase werden in einer Gasentstaubungseinrichtung, z.B. Elek trofilter oder Multizyklon. in welcher der von den Abgasen mitgeführte Staub abgeschieden wird, weiterbe handelt. Hierbei wird der abgeschiedene Staub zweck- mässig dem Schmelzraum zugeführt, wo er geschmolzen und mit der Schlacke flüssig abgezogen wird. Bei Abfall stoffen wie z.B. Stadtmüll oder dgl. ist damit die Behandlung der Abgase abgeschlossen, so dass diese entweder direkt oder über einen Saugzugventilator in den Kamin zur Ableitung ins Freie geführt werden können.
Industrieabfälle, insbesondere aus der chemischen Indu strie, können hingegen Stoffe enthalten, die sich beim Verbrennen und Schmelzen unter hohen Temperaturen zersetzen und hierbei gasförmige Produkte abspalten oder bilden, die aggressiv, gesundheitsschädlich und/ oder übelriechend sind. Hierunter fallen hauptsächlich Schwefel-, Chlor- und Stickstoffverbindungen, die in der üblichen Weise durch Waschen, Absorption oder Ad- sorbtion aus den Abgasen entfernt werden.
Neben festen Abfällen, wie namentlich Stadtmüll, sind vielfach zugleich auch flüssige Abfallstoffe, wie z.B. Altöl, Teer, Lösungsmittel u. a., zu verarbeiten. Diese Abfallstoffe werden, sofern sie brennbar sind, di rekt und vorteilhafter-weise unter Zerstäubung mittels Dampf oder Pressluft in den Schmelzraum eingeführt und dort verbrannt.
Brennbare bildsame und/oder pastenartige Indu strieabfälle, die durch Erwärmung nicht verflüssigt und auch nicht durch die Trocknungs- und Erhitzungszone geführt werden können, weil sie sich dort mit den festen Abfallstoffen zu Klumpen vereinigen würden, werden ebenfalls direkt in den Schmelzraum eingeführt, wo sie sich bei der dort herrschenden hohen Temperatur sofort zersetzen und verbrennen.
Diese Abfälle werden regelbar durch Pressschnecken oder Kolbenpressen über Düsen eingeführt, die, zweckmässig, wie die Verbrennungsmit- teldüsen, so weit in den Schmelzraum hineinragen, dass sie den Ringstrom der an der Schmelzraumwand herab fallenden festen Abfallstoffe vollständig durchdringen. In entsprechender Weise können auch die vorerwähnten flüssigen Abfallstoffe in den Schmelzraum eingeführt werden.
Die Düsen für die Einführung der Verbrennungsmit tel, der staubförmigen Abfallstoffe von den Gasentstau- bern, der flüssigen und bildsamen oder pastenartigen Abfallstoffe sowie der Brennstoffe können jede für sich allein ausgeführt oder als kombinierte Zwei- oder Mehr stoffdüsen ausgebildet sein und in den Schmelzraum münden.
Zur kontinuierlichen und gleichmässigen Verteilung und Eintragung der Abfallstoffe rings um den Umfang der Schmelzraumwand muss nicht ein Ringteller der zuvor anhand der Zeichnung beschriebenen Art verwen det werden. Anstelle dieses Ringtellers könnten als Förder- und Verteileinrichtung auch Kratz- oder Vor schubelemente um den Schmelzraum herum angeordnet und entsprechenden Eintrittsöffnungen im oberen Teil der Schmelzraumwand zugeordnet werden. Der rotieren de Ringteller stellt indessen eine überaus einfache, gleich- wohl aber zur Erfüllung dieser wichtigen Förder- und Verteilfunktion besonders geeignete Lösung dar.
Anstatt den Ringteller, wie in der Zeichnung darge stellt und zuvor beschrieben, nach aussen hin mit einem Ringkanal (18) gasdicht zu umschliessen, in welchem die Lagerung und der Antrieb des Ringtellers untergebracht sind, könnte die erforderliche äussere. Abdichtung zwi schen dem ortsfesten Kanal 9 für die zugeführten Abfall stoffe und dem ihn unten begrenzenden rotierenden Ringteller auch durch sogenannte (Wassertassen er reicht werden, in welche am Ringteller angeordnete vertikale zylindrische Wandpartien eintauchen und auf diese Weise einen gasdichten Abschluss herstellen, wobei die Kühlwirkung des Wassers zugleich den Ringteller bis zu einem gewissen Grade vor Überhitzung schützen würde.
Indessen ist die in der Zeichnung dargestellte Tellerabdichtung mittels des Ringkanals 18 insofern besonders günstig, als auf die Wassertassen, d.h. nament lich das zusätzliche Medium Wasser, ganz verzichtet und die im System ohnehin vorhandenen kühlen Abgase durch ihr Vorbeistreichen unterhalb des gesamten Ring tellers zum vollwirksamen Schutz des letzteren vor übermässiger Erhitzung verwendet werden können.
Die Gestaltung der Vorrichtung ist also keineswegs an die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform ge bunden, sondern die Einzelheiten der Ausführung kön nen im Rahmen der Erfindung variiert werden.
Method and device for burning solid waste materials The invention relates to a method for burning solid waste materials, in which the waste materials are moved through a heating space and are first dried and heated in this and then fed to a melting space in which their combustible components are burned and the incombustible residues are melted, and the resulting melt material is periodically or continuously drained from the melting chamber in liquid form,
whereby preheated combustion agents are introduced into the melting chamber through nozzles evenly distributed around the circumference of the melting chamber wall at high speed, whereby the combustible components of the waste materials are burned in the melting chamber under high turbulence and the incombustible components of the waste materials are then converted into the molten state will.
There are already known methods for burning solid waste in which the ash remaining in the combustion of the waste is converted into the molten state by burning fuels and then withdrawn in liquid form. As is known, this is essentially achieved in that the incineration of the waste materials and the melting of the slag are carried out separately from one another.
The high temperature in the melting chamber required to melt the slag in the melting chamber is maintained by the fact that the flue gases produced during the combustion of the waste materials are only added to the combustion gases generated during the combustion of the fuel when the latter have left the melting chamber, which means it is avoided that the melting process is disturbed by the flue gases from waste incineration, which have a high proportion of water vapor.
In other known methods, the waste materials are crushed and dried before they are burned and the resulting residues are liquefied with the help of the combustion of high quality fuels.
The two previously mentioned already known methods have the advantage that the combustion residues converted into the molten state are practically free of organic substances, chemically aggressive substances are decomposed at the high temperature prevailing in the melting chamber and the melting product is in granulated or cast form is completely sterile and does not contain any water-soluble substances, so it can be used for various purposes, e.g. as a building material, usable and therefore valuable.
A considerable disadvantage of this known method, however, is the very high fuel consumption, which up to now had to be accepted because of the mostly relatively low calorific value of the waste materials. In the above-mentioned second already known method, the processing and shredding of the waste materials is very cumbersome, time-consuming and costly, but nevertheless imperfect, since, for example, metallic materials must be separated out beforehand and treated separately.
The particular difficulties in the incineration of waste materials are mainly due to the fact that they usually consist of a conglomerate of chemically and physically very different substances, especially in the case of municipal waste, whose calorific values differ greatly and whose burning properties are still extraordinary even when dried differ greatly from each other.
The process of incineration of the combustible components of these waste materials as well as the process of melting the incombustible residues must, however, equally extend completely to dusty to coarse and easily to hardly combustible parts of such a non-uniform mixture. It is also necessary to separate swirling melt products in droplet form from the combustion gases in the high temperature range. These problems have not yet been solved in a satisfactory manner.
The purpose of the invention is to remedy the aforementioned disadvantages, and it is based on the object, on the basis of the above-mentioned, already known method, incinerable solid waste of any kind, such as e.g. Municipal waste, chemical waste and other industrial and commercial waste, on its own or at the same time, without laborious, time-consuming and expensive shredding of waste materials and without processing the same by separating iron and other metal parts,
as well as largely without the use of high-quality, expensive fuel with complete incineration of all combustible substances of the waste materials with complete liquefaction of the combustion residues and homogeneous integration of high-melting portions of the waste materials into a chemically neutral, water-insoluble and very homogeneous usable melt product, whereby In addition, this process should enable solid waste, also liquid, plastic or paste-like industrial waste to be processed with optimal heat utilization and with the same success.
The method according to the invention is characterized in that the waste materials dried and heated in the heating chamber are continuously guided around the cylindrical melting chamber, penetrated into it evenly distributed over its entire circumference and freely folded along the melting chamber wall in the form of a stream of annular cross-section and that in the melting chamber jets of the preheated combustion agent at high speed across the ring-shaped flow of the freely falling waste materials through, but completely separated from it,
into the cylindrical cavity formed by it in the melting chamber to this tangential leads and the combustion gases are removed from the melting chamber for drying and preheating the waste materials as well as for their waste heat recovery and further treatment.
Furthermore, the invention relates to a device for carrying out this method, which is characterized by a concentrically enclosing the cylindrical melting chamber and rotatable about a vertical axis, provided with a controllable drive ring plate for receiving the dried and heated waste materials in the heating chamber, a Ring-shaped chute and scraper connected to the top of the melting chamber wall for the uniform entry of waste materials from the ring plate around and along the melting chamber wall into the melting chamber,
Evenly distributed over the entire circumference of the melting chamber wall, sloping downwardly and tangentially to the melting chamber (3) directed nozzle pipes for the introduction of combustion agents, dusty waste materials and fuels, which nozzle pipes protrude into the melting chamber so far that they the annular flow of and solid waste materials flowing down along the melting chamber wall completely penetrate and their mouths are located outside the ring cross-section of this ring flow within the cylindrical cavity formed by it,
Openings in the upper part of the melting chamber wall and a connecting channel arranged between the melting chamber and the heating chamber to discharge a partial flow of the combustion gases from the melting chamber into the heating chamber, as well as an opening arranged in the melting chamber for discharging the remaining combustion gases to the facilities for waste heat recovery and post-treatment the exhaust gas.
In the drawing, an embodiment of the device according to the invention, which at the same time also illustrates the combustion process according to the invention carried out with it, is shown schematically. It shows: FIG. 1 the device, in a vertical center section through its melting chamber, and FIG. 2 the melting chamber of the device in FIG. 1, in a horizontal cross section along the line II-11 in FIG.
The waste materials to be incinerated are continuously entered from a collecting bunker 34 by means of a conveyor belt 35 into a heating room 1 consisting essentially of a vertical shaft, in which they initially fall onto an uppermost group of spiked rollers 14 provided with spikes 17 for drying and subsequent heating . The spiked rollers 14 equipped with a controllable drive rotate in the same direction of rotation indicated by two arrows and guide the lumpy and coarse-grained goods over them, while they let the fine-grained portions of the waste materials fall through between them.
The coarse material then falls on a lower group of spiked rollers 14, which are offset from the upper spiked rollers and the direction of rotation of which is opposite to that of the upper rollers. This movement of the waste materials from roller group to roller group can be repeated several times according to the moisture content and the nature of the waste materials. In Fig. 1, three groups of spiked rollers 14 are arranged offset from one another.
A single spiked roller is provided under the lowest group of rollers, between whose rings formed from the spikes 17, fixed spikes 37 attached to a shaft wall 36 engage and thus strip off the material held between the roller spikes 17. The waste materials thus passed through the heating chamber 1 are discharged from the shaft through a chute 15, with them warm exhaust gases entering the chute 15 from below, and then discharging their sensible heat to the waste materials, which thereby initially dried and then heated, pull through the heating chamber 1 from bottom to top.
These warm exhaust gases, the origin and composition of which will be explained in more detail later, come into intimate contact on their flow paths with both the trickling down and with the waste materials lying on the spiked rollers 14, and they carry dust-like substances according to their flow speed in the heating chamber 1 and more or less fine-grained substances with and leave the heating space through an upper outlet 16 together with these and the vapors and gaseous products produced when the waste materials are heated.
The waste discharged from the heating chamber 1 through the chute 15 now reaches a ring plate 2, which encloses an essentially cylindrical melting chamber 3, arranged coaxially with it, and is rotatably mounted about a vertical axis. Above the ring plate 2, an annular channel 9 is arranged, which is guided around the melting chamber 3 and into which the chute 15 opens from above. An outwardly gas-tight outer ring channel 18 encloses the ring channel 9, as well as the ring plate 2 itself.
In the annular channel 18, the storage of the ring plate 2 is housed, which consists of bearing blocks 19 and the ring plate 2 supporting rollers 38, and bearing blocks 20 and guide rollers 39, the latter on a provided on the ring plate 2, perpendicularly downwardly projecting, annular guide bar 40 are present. A toothed ring 41 is attached to the ring plate 2 at the bottom on the outer edge, in which a pinion 21 engages, which is driven by a motor 23 via a control gear 22. The rotating ring plate 2 distributes the waste materials evenly over the entire circumference of the melting chamber 3. In the wall of the melting chamber 3 designated by 5, elongated rectangular openings 8 for the introduction of the waste materials into the melting chamber 3 are provided.
In Fig.l not shown scrapers are used to evenly enter the waste materials over the entire circumference of the melting chamber 3 and throw the waste materials on a conical chute 4, of which they are around the entire circumference of the melting room 3 along the melting chamber wall 5 in the form of a ring-cylindrical stream flow away.
The openings 8 also serve to discharge part of the combustion gas generated in the melting chamber 3 via the inner ring channel 9 to the heating chamber 1. Since these combustion gases have a very high temperature, they are mixed in the ring channel 9 with cool and dust-free exhaust gases from a line 42 behind two heat exchangers 11 and 12 serving for the waste heat recovery of the exhaust gases and a gas deduster 13 and guided into the outer ring duct 18 via a line 43, a fan 44 and a line 45.
These cool exhaust gases, which are advantageously introduced into the outer annular channel 18 in the tangential direction, flow from this through two annular slots 25 and 26, which pass through the outer edge of the ring plate 2 and a lateral boundary wall of the inner ring channel 9 on the one hand and between the inner edge of the ring plate 2 and the upper edge of the conical chute 4 are formed on the other hand, in the inner ring channel 9, in which they mix with the discharged from the melting chamber 3, hot combustion gases. These cool exhaust gases protect the ring plate 2 from overheating and prevent it from jamming due to the ingress of waste materials into the two slots 25 and 26.
Furthermore, due to the admixture of the cool exhaust gases to the hot combustion gases from the melting chamber 3, the drying and heating of the waste materials in the heating chamber 1 is regulated by the amount and temperature of the exhaust gases introduced into the heating chamber 1. The heating process can be influenced further by the fact that the combustion in the melting chamber 3 takes place with excess air, which causes a corresponding burn-up on the ring plate 2 and partly in the heating chamber 1, i.e. a partial combustion of easily combustible parts of the waste materials is achieved with release of heat.
The same can, however, also be achieved by supplying air into the inner ring channel 9 or the outer ring channel 18. In Fig. 1, an air line 46 is provided for this, which opens into the branch line 45 of the aftertreated cool gases from and is thus connected to the outer annular channel 18 via this.
Uniformly distributed two-fluid nozzles 6 are arranged on the circumference of the melting chamber wall 5, through which the preheated air serving as the combustion agent, dust-like waste from gas dedusters 31 and 13/32, liquid waste materials and / or fuels as well as plastic or paste-like waste are introduced into the melting chamber 3 will. These nozzles 6, of which only four are shown in the drawing for a better overview (cf.
2), are supplied with preheated air by a blower 47, which leads this air to its preheating via a line 48 through the heat exchanger 11 and via a line 49 into a ring line 50, from which it passes through lines 51 the nozzles 6 is distributed. The dust-like waste arising in the gas deduster 31 is pneumatically carried out by a dust pump 52 by means of a carrier means. conveyed into the nozzles 6 preferably by means of air via a dust line 53.
In a corresponding manner, the dust-like waste reaches the nozzles 6 from the gas deduster 13/32 via a dust pump 54 and a dust line 55, where they combine with the preheated combustion air and flow with it into the melting chamber 3. Flammable liquid waste or, if necessary, fuels are fed to other nozzles 6 'via a line 56 which is connected to a nozzle 34 which is located centrally within the nozzle 6' and is designed such that the said substances are pressurized or by means of compressed air or steam can be atomized.
A nozzle combination similar to that explained above is used for plastic or paste-like waste materials. By means of a tube arranged centrally in a tuyere, which preferably widens conically and extends to the end of the tuyere, these substances, e.g. by means of screw presses or piston presses, introduced under pressure into the melting chamber 3.
A bottom 57 of the melting space 3 is trough-shaped to receive a slag bath 30, the height of which, i. Slag bath level, is maintained by a discharge opening 7 arranged laterally in the melting chamber wall 5 for the liquid slag.
The nozzles 6, which are inclined downwards towards the surface of the slag bath 30, are designed as relatively long nozzle tubes and protrude so far into the melting chamber 3 that they pass the ring-cylindrical flow of the to and around the cylindri's melting chamber wall 5 falling solid waste materials, as it were, penetrate completely through a tunnel and their mouths are located outside of this annular flow within the cylindrical cavity formed by it centrally in the enamel space 3, as is clearly shown in Fig. 1 on the left side of the enamel space wall 5 .
In their projection onto the surface of the slag bath 30, the axial directions of the nozzles 6 touch an imaginary circle 33 on this surface (see FIG. 2), the circumference of which is equal to or smaller than half the circumference of the slag bath 30 3 a larger number of nozzles 6 is provided for better distribution of the combustion agents and the substances introduced with them, the directional projection of which touch in the same direction several to the circumference of the slag bath 30 concentric circles with different diameters in the same direction.
Through this tangential introduction of the combustion agent, the slag bath 30 is kept in constant circular motion, which favors the melting process and guarantees homogeneous melting. The hot combustion gases produced in the melting chamber 3 also have a corresponding twist through the tangentially blown Ver combustion agent.
The homogeneous liquid slag, which is discharged through the outlet opening 7 to the extent that new forms are formed, is guided via a downpipe 60 into a slag pan 58, where it is granulated with water and removed from the slag pan 58 in a known manner, e.g. by a scraper belt, not shown in Fig. 1, discharged and dropped onto a conveyor belt 59, which conveys the granulated slag to a bunker.
In addition to the liquid slag, small amounts of hot combustion gases are drawn off from the melting chamber 3 through the discharge opening 7 by suction, in order to keep the water-cooled opening 7 constantly warm, i.e. to prevent their so-called freezing. These hot combustion gases, together with the water vapor produced during the granulation of the liquid slag, are then discharged from the downpipe 60 via a line 61 into the exhaust gas flow, e.g. into the exhaust pipe 42, passed back.
A tap opening 62 is provided in the bottom 57 of the melting chamber 3 in order to drain the slag bath 30 when the system is shut down or to periodically draw off liquid metals that collect below the liquid slag on the bottom 57.
The combustion gases formed during the incineration of the waste materials are drawn off from the melting chamber 3 in part for drying and heating the waste materials via the openings 8 in the melting chamber wall 5. The remainder of the combustion gases draws out of the melting chamber 3 through an opening 10 and is fed into a cylindrical mixing chamber 27. The opening 10 has a considerably narrower cross section than the melting space 3 in order to increase the swirl of the combustion gases when they exit the melting space 3.
As a result, the slag particles still floating in the gas stream are thrown out as a result of the centrifugal force and then leads back along the wall into the melting chamber 3.
The exhaust gases discharged from the heating chamber 1 through the upper outlet 16 flow through a line 63 to the gas deduster 31, in which the dusty waste carried along by the exhaust gases is deposited. The exhaust gases cleaned in this way are drawn off via a line 64 by means of a fan 65 and conveyed via a line 66 into a ring line 67,
from which they enter the mixing chamber 27 tangentially via lines 68 through openings 28 evenly distributed over its circumference in the wall of the cylindrical mixing chamber 27. To regulate the temperature in the mixing chamber 27, a portion of the cool exhaust gases from the exhaust pipe 42 can be supplied by a fan 70 sucking in this portion of the cool exhaust gases via a branch line 69 of the exhaust pipe 42 and also pushing it into the ring pipe 67 via a line 71 .
In the mixing space 27, the exhaust gases tangentially blown in via the openings 28 are intensively mixed with the hot combustion gases from the melting space 3 and then discharged through a line 72 for waste heat recovery.
The mixing of the cool exhaust gases with the hot combustion gases takes place in a particularly short way if the direction of rotation of the exhaust gases introduced tangentially into the mixing chamber 27 corresponds to the swirl of the melting chamber 3 caused by the tangential introduction of the combustion agent through the nozzles 6 into the melting chamber 3 escaping combustion gases is opposite.
The waste heat is utilized in the heat exchanger 11 to preheat the air and in the heat exchanger 12, which is designed as a waste heat boiler, to generate steam. For this purpose, a partial flow of the exhaust gases is fed from the line 72 via a branch line 73 to the heat exchanger 11, in whose exhaust gas outlet line 74 a throttle valve 75 is provided as a control element.
The other, remaining partial flow of the Abga se is fed via a line 76 into the waste heat boiler 12, which consists of a steam superheater, evaporator and feed water preheater. The exhaust gases exit the waste heat boiler 12 via a line 77 in which a throttle valve 78 is also located.
The exhaust gases from the two heat exchangers 11 and 12, which are used for waste heat recovery, are dedusted via the two lines 74 and the like. 77 into the common gas dust extractor 13/32, designed as a centrifugal separator, and from this via the line 42 by means of an induced draft fan, not shown in FIG. 1, through a chimney into the open air.
The wall 5 of the melting chamber 3 and possibly also the cylindrical wall of the mixing chamber 27 are formed by a pipe-to-pipe pipe system of a steam boiler, not shown in FIG. 1, in which water is evaporated in natural circulation or forced flow.
This tube system, which is surrounded by a gas-tight jacket, preferably has a common steam drum with the waste heat boiler 12, from which the steam drum in both, i. in the wall pipe system (5/27) and waste heat boiler 12, the saturated steam generated is directed to the superheater.
Example In a device that corresponds to that shown in the drawing, described above, a municipal waste with a lower calorific value of approx. 1200 kcal / kg is to be incinerated, this city waste having an average composition of 4500 moisture, 25% combustible components and 30 / 0 has inorganic constituents (ash).
With a daily throughput of approx. 100 t of municipal waste, an average of 4.17 t of waste per hour is introduced into the heating space 1 through the conveyor belt 35. This garbage flows against 3,600 Nm3 / h of warm exhaust gases, laden with the water vapor from the moisture and approx. 2-0 kg / h of dust from the garbage leave the heating room 1 at a temperature of 200 C. In the dedusting device 31, the dust is separated from these exhaust gases, after which the thus purified exhaust gases are passed into the mixing chamber 27 who the.
In the melting chamber 3, the dried and heated garbage is burned with 7,700 Nm3 / h of air, which was preheated to 700 ° C. in the heat exchanger 11 and blown into the melting chamber 3 through the nozzles 6. The dust from the two gas dedusters 31 and 32, together approx. 250 kg / h, is also introduced through the nozzles 6 into the melting chamber 3. A temperature of approx. 1800 C. then prevails in the melting zone. In the slag bath 30, the inorganic components of the waste are melted homogeneously.
1.2 tons of slag per hour flows through the discharge opening 7 and is carried out in granulated form from the water-filled slag pan 58.
The clear diameter of the melting space 3 is <B> 1 </B> 400 mm, the height of the slag bath 30 is 400 mm.
1700 Nm3 / h combustion gases are drawn off from the melting chamber 3 through the openings 8 and mix in the annular channel 9 at 1900 Nm3 / h cool exhaust gases from the line 42 and then fed into the heating chamber 1 will. 6,700 Nm3 / h of combustion gases are discharged through the outlet opening 10 of the melting chamber 3 and enter the mixing chamber 27 at a temperature of approx. These combustion gases mix in the mixing space 27 with 5 800 Nm3 / h exhaust gases from the heating space 1 and from the exhaust pipe 42.
Thus 12,500 Nm3 / h of mixed gases leave the mixing space 27 at a temperature of 900 C through the upper outlet 29, from which a partial flow of 6,900 Nm3 / h goes into the heat exchanger 11 for preheating the combustion air and the remainder into the waste heat. boiler 12 is performed.
These exhaust gases are then dedusted in the downstream, two common gas dust extractors 13/32 and leave this at a temperature of 200 C through line 42, from which 10 550 Nm3 / h are conveyed through the chimney through the chimney.
The melting chamber 3 and the discharge of the combustion gases up to the mixing chamber 27 are designed as a steam boiler and with the waste heat boiler 12, in which the steam superheater is located. The evaporator and feed water preheater are combined into a single, self-contained boiler system. Approx. 5.5 m3 / h of boiler feed water is fed to this steam boiler system, and approx. 5 t / h of steam at a pressure of 100 ata and a temperature of 450 C are generated in it.
The system is started up with heating oil or, if available, with waste oil, which is fed to the nozzles 6 through the line 56 and initially burned in the melting chamber 3 with combustion air that is still cold. In the same mass as the parts of the system are heated by this, garbage is entered in the heating room 1. As soon as the required operating temperatures are reached, the heating oil supply is switched off. If the calorific value of the municipal waste temporarily falls significantly below <B> 1 </B> 200 kcal / kg, the oil burners are put back into operation in order to maintain the temperature and the melting process in the melting chamber 3.
After the device for executing the method, as well as the latter itself, have been described above with reference to the drawing, the essential aspects of the method in particular, as well as its advantages, are explained in the following for a better understanding of the method in particular.
The fact that the waste materials dried and preheated in the heating room are continuously led around the melting chamber and evenly distributed over its entire circumference and allowed to fall freely along the cylindrical melting chamber wall, a stream of waste materials with an annular cross-section is formed in the melting chamber .
This ensures that the waste materials in the melting chamber offer the combustion agents a large area of attack, with the combustion process in the interior of the melting chamber, i.e. due to their flow on and along the melting chamber wall. So within this ring consisting of waste materials, is not disturbed, so that a high temperature is maintained there and therefore an optimal heat transfer is achieved by radiation to the waste materials. As a result, the readiness of the waste materials to react is increased considerably as they flow down the melting chamber wall.
The combustion agent jets passed through the annular flow of waste materials, but completely separated from this waste flow thanks to the nozzle tube that completely penetrates it like a tunnel, have a particularly advantageous effect in several respects, which will be explained in more detail below.
On the one hand, the flow of waste is not disturbed by the jets of the incinerator and, on the other hand, the jets of the waste matter only outside the waste, i.e. Only inside the cylindrical cavity delimited by the ring-shaped waste stream do the combustion agents emerge at high speed from the nozzle pipes with the formation of eddies from the hot combustion gases from a suction effect on the waste materials flowing down the melting chamber wall, whereby their fine-grained components are torn out of the flow of waste materials and into the interior the melting chamber, ie are carried into the cavity formed by the annular flow of waste materials,
where they burn while floating under high turbulence. Even volatile constituents of the organic waste, which are expelled by the strong thermal radiation emanating from the inside of the melting chamber, are sucked into the cavity and burned there. On the other hand, the coarse-grained and lumpy waste materials fall to the bottom of the melting chamber and burn out there, since the nozzle pipes and thus combustion medium jets are directed obliquely downward into the melting chamber or are introduced into it.
For these reasons, the measure of blowing the combustion agents through nozzle pipes, which the waste materials flow down in the melting chamber in the form of an annular stream, traverse the waste materials like a tunnel, with practically undiminished speed into a central cavity delimited by this annular stream, the conventional blowing of incineration agents into or cannot be equated with the liquid slag of a slag bath.
In one embodiment of the proposed method, as previously explained with reference to the embodiment of the device shown in the drawing, a slag bath can also be provided, with part of the flow energy of the combustion agent being transferred to this slag bath for its circulation movement, However, in this embodiment of the method, too, the previously explained suction effect exerted on the waste materials flowing down the melting chamber wall is of primary importance.
Through this suction, an advantageous selective combustion of the waste is achieved in a novel way, by now the degassing products and the dust-like or fine-grained substances in the enamel are burned floating under high turbulence, while the coarse-grained and lumpy substances at the bottom of the melting chamber or in the The slag bath burns out and its residues are converted into the molten state.
The technical progress achieved by the process described above consists essentially in the fact that solid waste materials of any kind, such as e.g. Municipal waste, chemical waste and other industrial or commercial waste, alone or together, can be incinerated equally cheaply at a very high temperature in the melting chamber, whereby they are evenly distributed and guided around the entire circumference of the melting chamber wall through optimal heat transfer of the heat radiation from the inside of the melting chamber can be made ready to react and through the selective combustion of the waste materials (floating fine grain and degassing products with high turbulence inside the melting chamber)
the highest temperature concentration is reached inside the melting chamber. The heat extraction through the melting chamber wall is conceivably low as a result of its shielding by the waste materials flowing down it in the form of a ring stream, so that the heat released in the melting chamber is directly and practically fully beneficial to the melting process at the highest temperature.
Therefore, with this new process, waste materials with a relatively low calorific value, such as Municipal waste, burned without the addition of expensive high-quality fuels with complete melting of the slag and thus, thanks to the very homogeneous slag in spite of the colorfully jumbled components in municipal waste, into a mixed melt product of extremely uniform composition that is very useful for a variety of purposes, namely construction purposes be transformed.
In addition, the method is universally applicable, i.e. In addition to all solid, combustible, also liquid, plastic or paste-like waste materials, such as e.g. in the chemical industry and in commercial operations, are processed at the same time in the smelting room at the highest throughput, with the additional, very considerable advantage over the corresponding conventional processes that the waste materials directly, i.e. as they arrive, without shredding and processing,
as well as can be processed without excretion of iron and other metal parts and that expensive high-quality fuel does not need to be added or only needs to be added in small amounts or only when the device is put into operation.
Preheated air is preferably used as the combustion agent in the method described above. In special cases, however, the use of oxygen-enriched air or oxygen may also be appropriate.
The turbulence of the combustion agent and the combustion gases generated during the combustion of the waste materials is adapted to the respective combustion behavior of the waste materials through the choice of the speed of the combustion agents when they enter the melting chamber. In general, this speed is between 50 and 300 m / sec and in special cases even higher.
If the waste materials have a content of combustible components that is too low to achieve the required high temperature in the melting space, then fuels are introduced into the melting space, which can be solid, liquid or gaseous. The device for this is expediently provided on the device in each case in order to put the latter into operation quickly with combustion of fuels or to be able to supply such to the melting chamber if the heater of the waste should temporarily drop too far. It goes without saying that industrial or chemical waste materials with a high calorific value and consistent properties can also take over the functions of the actual fuels.
For the drying and heating of the solid waste materials, instead of the vertical shaft provided with spiked rollers as explained above with reference to Fig. 1, any other suitable dryer, e.g. a drum dryer, plate dryer, etc. be used.
In addition, for such waste materials that are particularly inconsistent with regard to the size and nature of their individual components, namely urban waste, which contains components from the finest dust to coarse pieces, the properties of which alternate between brittle and soft, as well as plastic and fibrous, the use of the vertical shaft with spiked rollers as a heating space is particularly advantageous, because it is used to achieve drying and heating of a selective type.
The coarse pieces, which require the longest time to dry and heat them, remain on the spiked rollers and are slowly moved through the shaft according to the speed of rotation of the spiked rollers by falling from one group of the spiked rollers to the next lower group of rollers.
Granular materials, on the other hand, initially collide with the coarse pieces when they fall, then trickle through the spikes of the rollers as a result of their movement and thus pass through the shaft faster than the coarse pieces in countercurrent to the warm exhaust gases. By contrast, fibrous materials, e.g. Rags or paper, or plastic materials that get caught between the spikes, are torn or stripped off by the interdigitating spiked wreaths of adjacent rollers through their rotational movement.
The dusty parts of the waste materials, the drying of which takes place spontaneously, are, however, carried out of the shaft in a direct current from and with the warm exhaust gases.
The spiked wreaths of the spiked rollers lying next to one another are offset from one another, and the center distance of the spiked rollers is chosen so small that the spiked wreaths of one spiked roller move between those of the other and continuously free themselves from trapping waste. With individual spiked rollers, fixed spikes attached to the shaft wall grip between the spiked rings of the rotating spiked rollers and keep them free.
In order to let the coarse grain of the solid waste material stay longer in the heating room than the fine grain, it is advisable to choose the mutual distance (division) of the individual spikes from one another as large as possible on the upper spiked rollers and to let them decrease towards the lower spiked rollers. What is achieved here is that the coarse grain falls through the upper spiked rollers, but is retained by the lower spiked rollers and remains in the heating chamber longer than fine grain.
Apart from the temperature control of the warm exhaust gases in the shaft, another possibility for regulating the drying and heating process in the heating room is given by letting the individual spiked rollers or groups of rollers rotate at different speeds and thus at different speeds.
The described drying and heating of the solid waste materials combined in a sensible way layer and floating drying or heating with simultaneous sifting and removal of the dust-like parts of the waste materials by or with the exhaust gas (s). The heap on the spiked rollers is therefore not dense and the exhaust gases flow through and around it with intensive drying and heating. It is possible with this facility, the waste materials and sludge, z. B. from clarification ponds to add.
Only a part of the very hot combustion gases generated in the melting chamber is used for drying and then heating the waste materials, with cool and dust-free exhaust gases being added to this part to lower the gas temperature. The remaining part of the combustion gases is fed into the mixing room, in which they are mixed with the cooler, dust-free exhaust gases coming from the heating room for temperature control, whereupon the resulting gas mixture with a practically constant temperature for waste heat recovery,
i.e. the heat exchanger for air preheating and the waste heat boiler for steam generation.
The measure of supplying the cool exhaust gases discharged from the heating room to a gas mixing room and mixing them there with hot combustion gases also has the purpose of reducing the foul-smelling gases and vapors that are produced during the drying and heating of the waste materials, i.e. the so-called vapors, to be heated to a temperature of over 700 C in order to decompose them and make them odorless.
A particularly uniform slag with a completely homogeneous inclusion of high-melting parts of the waste materials, such as Porcelain, highly refractory materials, is achieved by permanently maintaining a slag bath from the previously melted inorganic components of the waste materials above the bottom of the melting chamber. These high-melting fractions are dissolved in the slag bath by forming low-melting complex compounds with the liquid slag.
It is advantageous here to keep the slag bath in lively motion by the flow energy of the combustion agents blown into the melting chamber in order to accelerate the dissolution process and to bring about an intimate mixing of the molten substances. Therefore, the combustion means, for the same purpose, but also the dust incurred during the exhaust gas dedusting, as well as the fuels that may be introduced into the melting chamber are introduced obliquely downward in the direction of the slag bath. The dissolving and mixing process is greatly increased by a turbulent slug bath rotating around its vertical axis.
Therefore, the incineration agents are guided onto the slag bath in such a way that the projection of the center lines of their jets onto the slag bath surface tangentially touch one or more imaginary circles concentric to the circumference of the slag bath on the bath surface.
Since the coarse substances falling at the circumference of the slag bath require a longer melting time, the drive of the slag bath is shifted more to the center of the slag bath by the combustion agent jets, so that the bath drive is not hindered by the solid substances on the outside of the bath circumference and a violent one Movement of the slag bath is guaranteed. This is achieved in that the circumference or the circumference of the circle or circles mentioned on the bath surface is or are selected to be equal to or / and smaller than half the circumference of the slag bath.
The specifically lighter combustible parts of the waste materials float on top of the melt pool and collect in the center of the slag vortex, where they are captured by the combustion agents and burned out.
The slag droplets whirled up by the slag bath and the slag droplets formed during the burning and melting of the floating fine-grain substances in the melting chamber are thrown out by the swirl of the combustion gases in the melting chamber as a result of the centrifugal force and then flow on the melting chamber wall to the bottom or into the slag bath.
The effect of the centrifugal force exerted on the solid and liquid suspended particles is significantly increased by the fact that the combustion gases, while increasing their swirl created by the tangential introduction of the combustion agent, are discharged from the melting chamber through a gradually tapering outlet in the manner of a vortex sink, whereby, according to the physical law of constant twist energy (u X r = constant), the circumferential speed u increases to the extent that the radius r decreases.
The liquid slag formed in the melting chamber is discharged through an opening arranged either in the bottom or in the side wall of the melting chamber, depending on whether it is working with or without a slag bath. But even in the latter case, a closed opening in the bottom of the melting chamber is expediently provided in order to be able to completely drain the slag when the device is shut down or to periodically remove any liquefied metals that have accumulated there during operation.
With continuous withdrawal of the slag, small amounts of hot combustion gases are advantageously sucked out of the melting chamber at the same time, so that the drainage opening is kept warm at all times, i.e. their freezing is avoided. These combustion gases are then optionally returned to the exhaust gas flow.
The waste gases resulting from the incineration, drying and heating of the waste materials are fed to a waste heat recovery system, which usually comes from a heat exchanger for preheating the incineration medium, e.g. Air, and a waste heat boiler for steam generation. If air is used as a combustion medium, it is advantageous to drive its heating as high as possible in order to have the highest possible amount of heat available for the melting process in relation to the heat of combustion of the waste materials. In general, the combustion air will be heated to a temperature of around 450 to 700 C, but in special cases it can also be higher.
The waste heat boiler usually consists of a feed water preheater, evaporator and superheater. Since steam is also advantageously generated in the double jacket or pipe system of the melting chamber, both, i. the waste heat boiler and the melting chamber are combined to form a self-contained steam generation unit and then connected to a common steam drum.
Corresponding to the inevitable fluctuations in the calorific value and water content of the waste materials, the temperature of the exhaust gases also changes before they enter the waste heat recovery process. These fluctuations would be transferred to the preheating of the combustion agent and namely the steam overheating. In order to avoid the resulting unsteady operation, a part of the cool exhaust gases is advantageously removed from the exhaust gas stream behind their waste heat recovery and aftertreatment and fed to the mixing chamber or the combustion gases drawn off from the melting chamber.
As a result, the temperature of the mixed gases formed in the mixing space can be kept at a constant level before their waste heat is recycled by regulating the amount of the recirculated cool exhaust gases accordingly.
The exhaust gases removed from the waste heat recovery are in a gas dedusting device, e.g. Electric filter or multi-cyclone. in which the dust carried along by the exhaust gases is deposited, weiterbe acts. In this case, the separated dust is expediently fed to the melting chamber, where it is melted and drawn off in liquid form with the slag. In the case of waste materials such as Municipal waste or the like. The treatment of the exhaust gases is thus completed, so that they can be conducted either directly or via an induced draft fan into the chimney for discharge into the open.
Industrial waste, in particular from the chemical industry, on the other hand, can contain substances that decompose when burned and melted at high temperatures, splitting off or forming gaseous products that are aggressive, harmful to health and / or smelly. This mainly includes sulfur, chlorine and nitrogen compounds, which are removed from the exhaust gases in the usual way by washing, absorption or adsorption.
In addition to solid waste, such as municipal waste, there are often also liquid waste materials, such as Used oil, tar, solvents, etc. a. to process. Insofar as they are combustible, these waste materials are introduced into the melting chamber directly and advantageously with atomization by means of steam or compressed air and are burned there.
Flammable plastic and / or paste-like industrial waste that cannot be liquefied by heating and cannot be passed through the drying and heating zone because they would combine there with the solid waste materials to form lumps are also introduced directly into the melting chamber, where they are decompose and burn immediately at the high temperature prevailing there.
This waste is controllably introduced by screw presses or piston presses via nozzles which, like the combustion agent nozzles, protrude so far into the melting chamber that they completely penetrate the annular flow of solid waste materials falling down the wall of the melting chamber. The aforementioned liquid waste materials can also be introduced into the melting chamber in a corresponding manner.
The nozzles for the introduction of the combustion agents, the dusty waste materials from the gas dedusters, the liquid and plastic or paste-like waste materials and the fuels can each be designed on their own or as combined two- or multi-material nozzles and open into the melting chamber.
For the continuous and even distribution and entry of the waste materials around the circumference of the melting chamber wall, a ring plate of the type described above with reference to the drawing does not have to be used. Instead of this ring plate, scraping or advancing elements could also be arranged around the melting chamber as a conveying and distributing device and assigned to corresponding inlet openings in the upper part of the melting chamber wall. The rotating ring plate, however, is an extremely simple solution that is at the same time particularly suitable for fulfilling this important conveying and distribution function.
Instead of enclosing the ring plate, as shown in the drawing and previously described, gas-tight to the outside with an annular channel (18) in which the bearing and the drive of the ring plate are housed, the required outer. Sealing between tween the fixed channel 9 for the supplied waste materials and the rotating ring plate delimiting it below, also by so-called (water cups it is enough, into which vertical cylindrical wall sections arranged on the ring plate are immersed and in this way create a gas-tight seal, the cooling effect of the Water would also protect the ring plate from overheating to a certain extent.
In the meantime, the plate seal shown in the drawing by means of the annular channel 18 is particularly favorable in so far as the water cups, i.e. Namely the additional medium water, completely dispensed with and the cool exhaust gases already present in the system can be used to fully protect the latter from excessive heating by sweeping past underneath the entire ring plate.
The design of the device is in no way tied to the embodiment shown in the drawing, but the details of the execution can be varied within the scope of the invention.