DD301204A7 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von festen Abfallstoffen hohenEnergiegehaltes, insbesondere Thermoplaste, die ausschließlich ausKohlenwasserstoffen bestehen - Google Patents

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung zum Verbrennen von festen Abfallstoffen hohen Energiegehaltes, insbesondere Thermoplaste, die ausschließlich aus Kohlenwasserstoffen bestehen, dient der Energie- bzw. Wärmeerzeugung. Ziel und Aufgabe der Erfindung sind, bei der Verbrennung dieser Energieträger die vollständige, vollkommene und spaltproduktefreie Verbrennung zu erreichen, die Funktionsdauer der Feuerungsanlage zu erhöhen und den Einsatz von hochwertigem Feuerfestmaterial bei vertretbaren Standzeiten zu minimieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Hauptbrennkammer, die in einem Feuerraum integriert ist nach einer Vorheizzeit stufenweise auf die ausschließliche Verbrennung von Thermoplastgranulat umgestellt wird. Brennstoffmenge und Brennkammergröße sind so aufeinander abgestimmt, daß eine Feuerraumbelastung von 8 - 9 MJ/dm exp 3 h nicht überschritten wird. Gearbeitet wird mit einem Luftüberschuß von mindestens 20 %. Die Mündung der Einblasorgane ist bündig in die Vorderwand des Feuerraumes integriert und unterliegt praktisch keinem Verschleiß.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet dor Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung auf dem Gebiet der Energie- bzw. Wärmeerzeugung, insbesondere bei Feuerungseinrichtungen für feste Brennstoffe, "orzugsw&ise Thermoplastabfallgranulat, das als brennbare Bestandteile nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthält.

Charakteristik des'beknnnten Standes der Technik

Energetisch nutzbare Thermoplastabfälle fallen in große Mengen an. Hauptverursacher sind die chemische und die plastverarbeitende Industrie. Technologisch bedingt können nicht alle Plastabfälle wieder verarbeitet werden und sind zu deponieren.

Kennzeichnend für das Material, das zur Deponie freigegeben wird, ist der Nachweis, daß es nicht ohne unverhältnismäßig hohe Aufwendungen genutzt werden kann. Selbst unter Inkaufnahme höheren Aufwandes ist ein Teil dieser Abfälle trotzdem nicht wiederverwendungsfähig.

Beispiele hierfür sind thermisch- oder durch UV-Strahlung geschädigte Plaste, Mischungen aus verschiedenen Thermoplasten oder mit Fremdkörpern wie Papier, Pappe, Filz oder Metall behaftete Plastabfälle.

Ein weiteres Anfallgebiet sind nicht mehr verwendbare bzw. verbrauchte Thermoplasterzeugnisse aus den Bereichen Haushalt und Industrie.

Diese Abfälle werden zur Zeit in großen Mengen und Deponien verkippt. Damit wird zusätzlich wertvoller Deponieraurn verbraucht.

Es ist bekannt, daß eine energetische Nutzung von Thermoplastabfällen In herkömmlichen Gliederkesseln zusammen mit anderen Energieträgern versucht wird.

Diese Verfahrensweise birgt große Gefahren in sich.

Einerseits neigen die brennenden Thermoplaste zum Abschmelzen und Abtropfen, was zum Verkleben der Roste der

Kesselanlage führt. Außerdem besteht eine große Brandgefahr. *

Andererseits wei den bei der Verbrennung von Thermoplastabfällen in Gliederkesseln hochtoxische Abgase frei, da es durch den nicht zu vermeidenden Schwelprozeß bei der Verbrennung in solchen Anlagen zu einer unvollständigen Verbrennung kommt.

Begünstigt wird die Bildung toxischer Verbrennungsprodukte noch durch dio Mischung des kaiton Brennstoffes mit den Thermoplasten und die nicht exakt regulierbare Verbrennungsluftmenge.

Daher ist diese Methode aus Gründen des Umweltschutzes sowie des Brandschutzes strikt abzulehnen.

Es sind nur wenige Feuerungsanlagen bekannt, in denen Thermoplastabfall im Gemisch mit anderen festen, flüssigen oder gasförmigen Energieträgern ohne das Auftreten von giftigen Spaltprodukten verbrannt werden kann. Diese Verfahrensweise findet in den verschiedensten Rückstandsverbrennungsanlagen in Drehrohrofen Anwendung. Es handelt sich hier um bautechnisch und technologisch aufwendige Anlagen, die für den Betrieb kleinerer bis mittlerer Energie- bzw. Wärmeor<.euger nicht wirtschaftlich sind. In der DD-PS 260562 wird eine Einrichtung zum Verbrennen von festen Brennstoffgemischen beschrieben. Als Brennstoff kommt hier ein ballastreicher Abfallstoff, dessen Energiegehalt unter dem von Braunkohlenbriketts liegt, im Gemisch mit Rohbraunkohle zum Einsatz.

Die DD-PS 260561 beschreibt eine Einrichtung, in der ausschließlich der Abfallstoff paraffinhnltige Bleicherde zur Anwendung kommt.

Versuche mit diesen Anlagen haben gezeigt, daß die Zumischung von maximal 15% Thermoplastabfallgranulat zu diesen Brennstoffen möglich ist. Bei einer Erhöhung des Thermoplastabfallgranulat-Anteiles kommt es zu Ascheschmelzfluß, der durch den geringen Schmelzpunkt der Bleicherdenasche begünstigt wird.

Die ausschließliche Verbrennung von Thermoplastabfallgranulat in dieser Art Feuerung ist aus zwei Gründen unökonomisch.

Einerseits ist das Brennrohr, das weit in die Brennkammer hineinragt, der hohen thermischen Belastung in der stark oxidierenden Feuerraumatmosphäre ausgesetzt, wodurch es verzundert.

Selbst hitze- und zundsrbeständige Brennrohre aus hochwertigem Stahl X10 Cr Al 13 oder X10 Cr Al 24 halten bereits nach 3-4 Stunden der Belastung nicht stand.

Andererseits wird in diesen Anlagen das Feuorfestmaterial der Seitenwände des Feuerraumes durch die unterhalb der Decke der Hauptbrennkammer ausströmenden Verbrennungsgase stark angegriffen.

Da sich das Hauptgewölbe der Feu g auf diesen Seitenwänden abstützt, bedeutet dies, daß im Falle der Zerstörung der Seitenwände die gesamte Anlage . hergestellt werden muß.

In der DE-PS 2166532 wird ein Vei ,,.iiren vorgestellt, bei dem die Kunststoffabfälle mit vorgewärmter Primärluft in einem beheizbaren Schmelzbehälter verflüssigt, zerstäubt und anschließend verbrannt werden.

Hochreiner Abfall läßt sich auf diese, wenn juch recht aufwendige Weise, sicher beseitigen.

Kunststoffe sind als Abfall in der Regel mit den verschiedensten Stoffen verunreinigt, was ein Verflüssigen und Zerstäuben unter praktischen Einsatzbedingungen als illusorisch erscheinen läßt.

In der CH-PS 506750 wird obenfalls ein Verfahren zur Kunststoffverbrennung in einer Haupt- und einer Nachbrennkammer vorgestellt.

Die Feuerung ist im Teil der Hauptbrennkammer ähnlich einer Treppenrostfeuerung ausgebildet.

Die „Stufen" werden mit einem Rohrleitungssystem gekühlt und an diesen Stellen die Verbrennungsluft zugeführt. Eine gleichmäßige, vollkommene und vollständige Verbrennung ist durch das Schmelz- und Fließverhalten sicher kaum zu erreichen.

Indiz dafür ist auch das Vorhandensein der sogenannten Nachbrennkammer, die von der Hauptbronnkammer thermisch isoliert ist und wo die Nachverbrennung unverbrannt Jr Bestandteile mittels Öl- oder Gasverbrenner bzw. Lichtbogenzünder realisiert

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, bei der Verbrennung von festen Abfallprodukten hohen Energiegehaltes, insbesondere Thermoplastabfallgranulat, das ausschließlich aus Kohlenwasserstoff besteht, die vollständige und vollkommene Verbrennung zu erreichen und die Funktionsdauer der Feuerungsanlage zu erhöhen, den Verschleiß an Einblasorganen innerhalb der Brennkamme' zu senken und den Einsatz von hochwertigem Feuerfestmaterial auf ein Minimum zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen energiereicher Abfailstoffe insbesondere Thermoplastabfallgranulat zu schaffen, das ausschließlich aus Kohlenwasserstoffen bssteht, wobei die vollständige und vollkommene Verbrennung ohne das Auftreten von Spalt- bzw. Zwischenprodukten im Rauchgas garantiert werden soil und wo bei minimalem Einsatz an hochwertigem Feuerfestmaterial vertretbare Standzeiten der thermisch am höcnsten belasteten Bauteile erreicht werden.

Eine weitere Aufgabe ist es, die Mündung der Brennstoffzufuhr so zu gestalten, daß sie den hohen thermischen Belastungen in der stark oxidierenden Brennraumaiinosihäre standhält. ·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dad'vch gelöst, daß eine Hauptbrennkammer, die in einer Brennkammer integriert ist, mittels konventionellem Brennstoff-I ort-Gemisch bis zum Erreichen einer Temperatur von vorzugsweise 800⁰C vorgeheizt wird. Diese Anheizphase mit den bekannten Brennstoffen wie Brikettabrieb, Gemisch aus Rohbraunkohle und Bleicherde, sollte auf einen minimalen Zeitraum konzentriert werden, um zu verhindern, daß sie größere Mengen von Verbrennungsrückständen in der Hauptbrennkammer ansammeln, die später bei Erreichen der Maximaltemperatur zu Aschefluß neigen und große Probleme verursachen.

Als konventionelle Brennstoffe können auch noch öl odor Gas eingesetzt werden. In diesem Falle ist die Anheizphase zeitlich nicht begrenzt, da keine Verbrennungsrückstände im Feuerraum verbleiben.

Nach der Anheizphase wird die zugeführte Menge dieses Brennstoffes bis zur Hälfte reduziert und an Stelle dieser Fühlmenge parallel durch die gleiche oder eine weitere Zufuhröffnung für Brennstoff, Thermoplastgranulat einer maximalen Korngröße von 8 mm mit dem dieser Menge entsprechenden Heizwert bis zum Erreichen eimr Temperatur von 1000⁰C dos oberen Bereiches der Hauptbrennkammer eingeblasen. Auch diese Phase wird zeitlich aus den bereits genannten Gründen auf ein Minimum reduziort.

Der Zeitraum der Aufheizphase sollte insgesamt 45-60 Minuten nicht überschreiten.

Anschließend wird bei ständiger Einhaltung der Temperatur von mindestens 1000⁰C ausschließlich Thermoplastgranulat verbrannt, indem die Brennstoffzufuhr des konventionellen Brennstoffes vollständig gesperrt und durch eine dem Heizwert dieser Menge äquivalenten Anteil Thermoplastgranulat ersetzt wird.

Während des gesamten Ablaufes muß ein Luftüberschuß von mindestens 20% vorhanden sein.

Um eine möglichst homogene Verteilung der Verbrennungsluft in der Hauptbrennkammer zu garantieren, wird diese vorzugsweise kubisch bzw. in einer weiteren Ausführungsvariante so gestaltet, daß die lichte Höhe das 1,5fache der lichten Breite und Tiefe derselben beträgt.

Das lichte Volumen der Hauptbrennkammer ist um ein Mehrfaches kleiner als das lichte Volumen der Brennkammer und beträgt vorzugsweise den achten Teil desselben.

Der lichte Raum der Hauptbrennkammer ist vorzugsweise kubisch gestaltet und weist ein lichtes Volumen in den Grenzen von 0,3-0,75m³ insbesondere 0,5m³ bei einer Feuerraumbelastung vnn 8-9MJ/dm³h auf.

Die lichte "Hofe der Hauptbrennkammer verhält sich zum lichten Abstand zwischen der Innenseite der Vorderwand der Brennkammer und der Stirnseite der Hauptbrennkammer wie 1:1,5, und die Länge der Seitenwände der Hauptbrennkammer beträgt das 1,5fache der lichten Tiefe der Hauptbrennkammer wobei die Seitenwände im Bereich vor der Decke der Hauptbrennkammer in gleicher Höhe mit dieser verlaufend oder diese überragend ausgebildet sind.

Die Öffnung der Brennstoffzuführung mündet bündig mit der Innenseite der Vorderwand der Brennkammer und ist in der Höhe dicht über der Ebene des Bodens der Hauptbrennkammer an horizontal beliebiger Stelle zwischen die Seitenwände der Hauptbrennkammer weisend angeordnet. Es können je eine Öffnung für das konventionelle Brennstoff-Luft-Gemisch und das Thermoplastgranulat oder auch nur eine gemeinsame Mündungsöffnung vorhanden sein. In oinem weiteren Ausführungsbeispiel kann die lichte Höhe der Hauptbrennkammer das 1,5fache der lichten Breite und Tiefe derselben betragen.

Ausfführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles, dargestellt in Figur 1, näher erläutert.

In der Hauptbrennkammer 1 wird zunächst ein Stützfeuer aus Holz oder vorzugsweise einem Stück paraffinhaltiger Bleicherde angelegt. Wegen des hohen Zündpunktes des Thermoplastabfallgranulates und der Problematik des Auftretens schädlicher Spaltprodukte wird zunächst durch die Öffnung 3 oder eine weitere Öffnung 13 ein von einem Mahlaggregat zerk!' inertes Brennstoff-Luft-Gemisch in die Hauptbrennkammer 1 eingeblasen. Dieses Brennstoff-Luft-Gemisch kann aus Rohbraunkohle, Brikettabrieb odor vorzugsweise einer Mischung von 60-70% paraffinhaltiger Bleicherde und 30-40% Rohbraunkoh'e bestehen.

Mit Hilfe dieser Brennstoffe, die sich problemlos mit dem Stützfeuer zünden lassen, wird dann die Ausmauerung der Hauptbrennkammer 1 aufgeheizt. Nach ca. 15 Minuten wird durch die Öffnung 3 das Thermoplastabfallgranulat-Luft-Gemisch mit geeigneten Mitteln, wie Mahlaggregat öder Gebläse, strahlförmig zwischen die Seitenwände 6; 7 der Hauptbrennkammer 1 weisend eingeblasen. Die Zündung erfolgt an den Resten des Stützfeuers und der vorgeheizten Ausmauerung der h auptbrennkammer 1. Nach der Zündung des Thermoplastabfallgranulat-Luft-Gemisches wird die Zufuhr der· ßrenns' ''-Luft-Gemisches aus Rohbraunkohle und paraffinhaltiger Bleicherde abgeschaltet. Der Parallelbetrieb beider Brennstoffarten sollte ca. 10-15 Minuten nicht überschreiten. Im Verlauf weiterer ca. 10 Minuten wird die Brennstoffmenge des Thermoplastabfallgranulat-Luft-Gemisches auf die volle Brennstoffmenge hochgefahren. Die Austrittsgeschwindigkeit der ~^r<?nnstoffe aus der Öffnung 3 oder den Öffnungen 3; 13 muß so hoch sein, daß die Foststoffpartikel die Rückwand 10 der Hauptbrennkammer 1 bzw. das Stützfeuer, das im hinteren Bereich der Hauptbrennkammer 1 vor deren Rückwand 10 angelegt wird, erreichen. Sie beträgt vorzugsweise S30m/s.

Nach Betriebszeit von ca. 1 Stunde ist die Temperatur der, Ausmauerungsmateriales der Hauptbrennkammer 1 so hoch, daß durch die auftretende Wärmestrahlung die Zündung des Thermoplastabfallgranulates bereits vor dem Auftreffen auf die Rückwand 10 erreicht wird.

Der Brennstoffstrahl wird an der Rückwand 10 nach oben umgelenkt und unterhalb der vorzugsweise gewölbten Decke 8 der Hauptbrennkammer 1 in Richtung der Innenseite 5 der Vorderwand 4 des Feuerraumes 2 umgelenkt und anschließend nach dem Austritt aus der Hauptbrennkammer 1 zwischen deren Decke 8 und der Decke 11 des Feuerraumes 2 in Richtung des Saugzuges abgesaugt.

Die in der kurzen Anheizphase anfallenden Aschepartikel lagern sich insbesondere im Bereich vor dem Boden 12 der Hauptbrennkammer 1 und im Ascheraum 9 ab.

Die anfallende Aschemenge ist unbedeutend, da die Anheizphase nur kurz ist.

Wenn das Thermoplastabfallgranulat frei von Füllstoffen ist, fällt bei seiner Verbrennung überhaupt keine Asche an.

In Betracht gezogene Druckschriften: DD-PS 260561 F 23 C 3/00 DD-PS 260562 F 23 C 3/00 AT-PS 317401 F23 G 7/00

Claims (3)

1. Verfahren zum Verbrennen von festen Abfallstoffen hohen Energiegehaltes, insbesonderu Thermoplaste, die ausschließlich aus Kohlenwasserstoffen bestehen, gekennzeichnet dadurch, daß eine Hauptbrennkammer, die in einer Brennkammer integriert ist, mittels konventionellen Brennstoff-Luft-Gemischs bis zum Erreichen einer Temperatur von vorzugsweise 80Ö°C vorgeheizt wird, anschließend die zugeführte Menge des konventionellen Brennstoffes bis zur Hälfte reduziert und an Stelle dieser Fehlmenge parallel Thermoplastgranulat einer maximalen Korngröße von 8 mm mit dem dieser Menge entsprechenden Heizwert bis zum Erreichen einer Temperatur von 1000⁰C des oberen Bereiches der Hauptbrennkammer eingeblasen wird und dadurch bei ständiger Einhaltung der Temperatur von mindestens 1000⁰C ausschließlich Thermoplastgi anulat verbrannt wird, indem die Brennstoffzufuhr des konventionellen Brennstoffes vollständig gesperrt und durch eine dem Heizwert dieser Menge äquivalenten Anteil Thermoplastgranulat ersetzt wird und daß ein Luftüberschuß von mindestens 20% während des gesamten Ablaufes ständig vorhanden ist.

2. Vorrichtung zum Verbrennen von festen Abfallstoffen hohen Energiegehaltes, insbesondere Thermoplaste, die ausschließlich aus Kohlenwasserstoffen bestehen, nach Anspruch 1, bestehend aus einer Brennkammer mit darin integrierter Hauptbrennkammer, die einen Boden, Seitenwände, eine Rückwand und eine Decke besitzt und gegenüber der Brennkammer eine erhöhte Feuerraumbelastung aufweist und die Brennkammer im Bereich ihrer Vorderwand mit einer Brennstoffzuführung, Öffnungen zur Bedienung, Wartung und Pflege sowie einer Abzugsöffnung gegenüber der Vorderwand ausgestattet ist, gekennzeichnet dadurch, daß das lichte Volumen der Hauptbrennkammer (1) um ein Mehrfaches kleiner als das lichte Volumen der Brennkammer (2) ist, insbesondere den achten Teil desselben beträgt, der lichte Raum der Hauptbrennkammer (1) vorzugsweise kubisch gestaltet ist und ein lichtes Volumen in den Grenzen von 0,3-0,75m³, insbesondere 0,5 m³ bei einer Feuerraumbelastung von maximal 8-9 MJ/dm³h aufweist und sich die lichte Tiefe der Hauptbrennkammer (1) zum lichten Abstand zwischen der Innenseite (5) der Vorderwand (4) der Brennkammer (2) und der Stirnseite der Hauptbrennkammerdecke (8) wie 1:1,5 verhält und die Länge der Seitenwände (6; 7) derHauptbrennkammer (1)das 1,5fache der lichten Tiefe der Hauptbrennkammer (1) beträgt und die Seitenwände (6; 7) im Bereich vorder Decke (8) der Hauptbrennkammer (1) in gleicher Höhe mit dieser verlaufend oder diese überragend ausgebildet sind und daß Öffnungen (3; 13) für die Brennstoffzuführung bündig mit der Innenseite (5) der Vorderwand (4) der Brennkammer (2) münden und in der Höhe dicht über der Ebene des Bodens (12) der Hauptbrennkammer (1) an horizontal beliebiger Stelle zwischen die Seitenwände (6; 7) der Hauptbrennkammer (1) weisend angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die lichte Höhe der Hatiptbrennkammer (1) das 1,5fache der lichten Breite und Tiefe derselben beträgt.