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Die
Erfindung betrifft einen Ofen zur Pyrolyse von Abfallmaterial mit
- a) einem Pyrolyserohr, welches eine von außen zugängliche
Beschickungsöffnung und eine Materialabgabeöffnung
aufweist und mit einem Schwelgasabzug kommuniziert;
- b) einem Verbrennungsrohr, in welches Material aus dem Pyrolyserohr
abgebbar ist und welches eine Materialaustragöffnung aufweist;
wobei
- c) das Pyrolyserohr und/oder das Verbrennungsrohr mittels Halteeinrichtungen
wenigstens weitgehend achsparallel, insbesondere koaxial zueinander
gehalten werden.
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Mit
solchen Öfen wird beispielsweise Klärschlamm aus
kommunalen Kläranlagen verascht, der zuvor einer Vorbehandlung
und insbesondere einer Trocknung unterzogen worden ist. Das zu veraschende
Klärschlammmaterial liegt meist mit einer Restfeuchte von
5% bis 10% in beispielsweise granulatartiger Form vor.
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Ein
eingangs genannter Ofen ist beispielsweise aus der
DE 36 32 548 C1 bekannt.
Dieser Ofen wird nach dem Prinzip eines Drehrohrofens betrieben,
was bedeutet, dass das Pyrolyserohr und das Verbrennungsrohr während
des Betriebs des Ofens kontinuierlich um ihre Längsachse
verdreht werden. Im Inneren des Pyrolyserohres und des Verbrennungsrohres
sind wendelförmige Förderrippen vorgesehen, mit
denen das im jeweiligen Rohr befindliche Material auf Grund der
Drehung um die Längsachse von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite
gefördert wird.
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Das
zu veraschende Material wird dem Pyrolyserohr über dessen
Beschickungsöffnung zugeführt und bei einer Temperatur
von etwa 500°C bis 550°C weitgehend unter Sauerstoffausschluss
verschwelt, wobei Schwelgas erzeugt wird. Als Rückstand
der Verschwelung entsteht Schwelkoks, welcher gegebenenfalls nicht
verschwelbare Bestandteile mit sich führt, die bereits
in dem zu veraschenden Material vorlagen. Der Rückstand
wird über die Materialabgabeöffnung in das Verbrennungsrohr überführt.
In diesem herrscht eine sauerstoffhaltige Atmosphäre, wodurch
das aus dem Pyrolyserohr kommende Material verbrennt und sich die
Temperatur im Verbrennungsrohr auf 800°C bis 900°C
erhöht. Auf seinem Weg durch das Verbrennungsrohr verbrennt das
Material zu Asche.
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Für
einen einwandfreien Betrieb des Ofens ist es unter anderem wichtig,
dass die Relativlage der möglichst koaxial zueinander angeordneten
Rohre, also dem Pyrolyserohr und dem Verbrennungsrohr, auch während
ihrer Drehung erhalten bleibt.
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Bei
dem aus der
DE 36 32
548 C1 bekannten Ofen ist das Pyrolyserohr innerhalb des
Verbrennungsrohres angeordnet und über starre Bolzen mit diesem
verbunden. Dies bedeutet, dass Wärmebewegungen des Pyrolyserohres,
bei denen sich das Pyrolyserohr ausdehnen, zusammenziehen oder in seiner
Länge verändern kann, mehr oder minder unmittelbar
auf das starr damit verbundene Verbrennungsrohr übertragen
werden. Entsprechende Wärmebewegungen des Verbrennungsrohres
werden analog auf das Pyrolyserohr übertragen. Dadurch sind
insbesondere die Kontaktstellen zu den Bolzen zwischen dem Pyrolyserohr
und dem Verbrennungsrohr hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die auf lange
Sicht zu einem vorzeitigen Ermüden des Materials und zu
einer Beschädigung des Ofens führen können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ofen der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei welchem bei weitgehender Aufrechterhaltung
der koaxialen Lage der beteiligten Rohre die Materialbeanspruchung
durch Wärmebewegungen verringert ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Ofen der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass
- d) die Halteeinrichtungen derart eingerichtet
sind, dass temperaturbedingte Materialbewegungen des Pyrolyserohres
und/oder des Verbrennungsrohres möglich sind, wobei die
relative Achslage des Pyrolyserohres und des Verbrennungsrohres weitgehend
unverändert bleibt.
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Auf
diese Weise können sich die beteiligten Rohre, die unterschiedlichen
Temperaturen ausgesetzt sind, unabhängig voneinander bewegen,
ohne dass diese Bewegungen sich auf die benachbarten Rohre auswirken
und diese beanspruchen.
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Dabei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Halteeinrichtungen ein
Druckelement umfassen, welches auf das zu haltende Rohr zu und von
diesem weg bewegbar ist und unter Vorspannung gegen die Außenmantelfläche
des zu haltenden Rohres druckbar ist. Dieses Druckelement lässt
sich durch auf Grund thermischer Ausdehnung wirkender Kräfte komprimieren
und vermeidet so Beschädigungen.
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Es
ist günstig, wenn das Druckelement durch ein Federelement,
insbesondere durch ein Tellerfeder-Paket, in Richtung auf das zu
haltende Rohr gedrückt wird.
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Damit
eine gewünschte weitgehend starre Lagerung des Pyrolyserohres
und/oder des Verbrennungsrohres gewährleistet ist, ist
es günstig, wenn eine Begrenzungseinrichtung den Bewegungsweg des
Druckelements in Richtung auf das zu haltende Rohr zu begrenzt.
Der maximale Bewegungsweg des Druckelements in Richtung auf das
zu haltende Rohr zu wird vorzugsweise festgelegt, wenn der Ofen
und die entsprechenden Bauteile kalt sind.
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Es
ist günstig, wenn die auf das Druckelement wirkende Vorspannung
mittels einer Vorspanneinrichtung einstellbar ist.
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Dazu
kann sich das Federelement mit einem von dem Druckelement abliegenden
Ende gegen ein Bauteil abstützen, welches seinerseits auf
das Druckelement zu oder von diesem wegbewegbar und in unterschiedlichen
Positionen fixierbar ist. Durch diese Maßnahme kann unterschiedlichen
Gewichten der gehaltenen Rohre Rechnung getragen werden, ohne dass
verschiedene Halteeinrichtungen eingesetzt werden müssen.
Bei einer Drehung der Rohre gelangt jede Halteeinrichtung, die sich
mitdreht, zu einem bestimmten Zeitpunkt in eine Position unterhalb
des zu haltenden Rohres. Dort muss das Federelement der vollen Gewichtskraft
des zu haltenden Rohres entgegenwirken können.
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Um
die Druckfläche, mit welcher das Druckelement gegen die
Außenmantelfläche des zu haltenden Rohres wirkt,
ausreichend groß zu gestalten, ist es günstig,
wenn das Druckelement ein plattenförmiges Auflageelement
umfasst, welches gegen die Außenmantelfläche des
zu haltenden Rohres anliegt.
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Wenn
das plattenförmige Auflagenelement das Ende des Druckelements
bildet, liegt eine Halteeinrichtung vor, bei welcher das zu haltende
Rohr in axialer Richtung entlang des plattenförmigen Auflageelements
verschiebbar ist. In diesem Fall ist also auch eine Wärmebewegung
des Rohres in axialer Richtung im Bereich der Halteeinrichtung möglich.
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Um
eine Halterung zur Verfügung zu stellen, welche das zu
haltende Rohr auch in axialer Richtung fixiert, ist es günstig,
wenn bei wenigstens einer Halteeinrichtung das Druckelement mit
einem Endabschnitt durch eine Öffnung in das zu haltende Rohr
hineinragt, wobei der Endabschnitt in Bewegungsrichtung des Druckelements
auf das zu haltende Rohr zu über das Auflageelement vorsteht.
Das Auflageelement drückt somit gegen die Außenmantelfläche
des zu haltenden Rohres an, wogegen der Endabschnitt in dieses hineinragt.
Bei einer entsprechend dimensionierten Öffnung in der Wand
des zu haltenden Rohrs kann somit eine Axialbewegung des zu haltenden
Rohrs gegenüber der Halteeinrichtung verhindert werden.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Ofens zur Pyrolyse von Abfallmaterial, welcher
nach dem Prinzip eines Drehrohrofens arbeitet;
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2 schematisch
einen Axialschnitt des Ofens von Figur 1, wobei ein Pyrolyserohr
und ein Verbrennungsrohr zu erkennen sind;
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3 eine
bei dem Ofen der 1 und 2 verwendete
Lanze, über welche dem Verbrennungsrohr ein die Verbrennung
förderndes Gas zugeführt werden kann;
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4 schematisch
eine Halteeinrichtung einer ersten Bauart in teilweiser Durchsicht,
mittels welcher das Pyrolyserohr und das Verbrennungsrohr des Ofens
in Relativlage gehalten werden;
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5 schematisch
eine Halteeinrichtung einer zweiten Bauart in teilweiser Durchsicht,
mittels welcher das Pyrolyserohr und das Verbrennungsrohr des Ofens
in Relativlage zueinander gehalten werden; und
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6 schematisch
einen Abschnitt einer Abwandlung der Halteeinrichtungen nach den 4 und 5.
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In
den 1 und 2 ist mit 10 insgesamt ein
Ofen zur Pyrolyse von Abfallmaterial bezeichnet, welcher nach dem
Prinzip eines an und für sich bekannten Drehrohrofens arbeitet.
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Der
Ofen 10 umfasst ein Pyrolyserohr 12 mit konstanten
Innenquerschnitt, welches an einer ersten Stirnseite eine Beschickungsöffnung 14 und
an seiner gegenüberliegenden Stirnseite eine Materialabgabeöffnung 16 aufweist.
Die Innenwand des Pyrolyserohres 12 trägt eine
wendelförmige, ins Innere des Pyrolyserohres 12 ragende
Förderrippe 18, welche sich zwischen seinen beiden Öffnungen 14, 16 erstreckt.
Durch Drehung des Pyrolyserohres 12 in einer bestimmten
Drehrichtung um seine Längsachse wird darin befindliches
Material von der Beschickungsöffnung 14 zur Materialabgabeöffnung 16 gefördert.
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In
einem der Materialabgabeöffnung 16 benachbarten
Endbereich 20 des Pyrolyserohres 12 ist die Förderrippe 18 in
axialer Richtung gestaucht, so dass dort der Abstand zwischen zwei
benachbarten Windungen der Förderrippe 18 geringer
ist als im sonstigen Bereich des Pyrolyserohres 12. Darauf wird
weiter unten nochmals eingegangen.
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Das
Pyrolyserohr 12 verläuft abgesehen von einem seiner
Beschickungsöffnung 14 benachbarten Endbereich 22 innerhalb
eines ersten Abschnitts 24 eines Ofenrohres 26 mit
konstan tem Innenquerschnitt, wodurch ein das Pyrolyserohr 12 umgebender
Ringraum 28 gebildet ist.
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Ein
sich an den ersten Abschnitt 24 des Ofenrohres 26 anschließender
Verbrennungsrohrabschnitt 30 begrenzt einen Verbrennungsraum 32, welcher
neben der Materialabgabeöffnung 16 des Pyrolyserohres 12 angeordnet
ist. An der Stirnseite seines Verbrennungsrohrabschnitts 30 weist
das Ofenrohr 26 eine Materialaustragöffnung 34 auf.
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Die
Innenwand des Verbrennungsrohrabschnitts 30 des Ofenrohres 26 trägt
eine nach innen ragende wendelförmige Förderrippe 36,
welche bei gleicher Drehrichtung in die gleiche Richtung fördert wie
die Förderrippe 18 des Pyrolyserohres 12.
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Radial
neben dem inneren Endbereich 20 des Pyrolyserohres 12 ist
zwischen diesem und dem ersten Abschnitt 24 des Ofenrohres 26 eine
an und für sich bekannte Lamellendichtung 38 angeordnet, welche
einen Eintritt von festem Material aus dem Verbrennungsraum 32 in
den Ringraum 28 verhindert und auch einen Strom von im
Verbrennungsraum 32 entstehendem Rauchgas in den Ringraum 28 hinein weitgehend
unterbindet.
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An
seinem dem äußeren Endbereich 22 des Pyrolyserohres 12 benachbarten
Ende mündet das Ofenrohr 26 in einen Rauchgasabzug 40.
Dieser weist eine hier nur schematisch angedeutete Sammeleinrichtung 42 für
feine Aschepartikel auf, welche mit dem Rauchgas durch den Ringraum 28 hindurch zum
Rauchgasabzug 40 gelangen. Die Sammeleinrichtung 42 kann
beispielsweise in Form einer von außen zugänglichen
und herausnehmbaren Sammelwanne ausgebildet sein.
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Der
Verbrennungsrohrabschnitt 30 des Ofenrohres 26 ist
seinerseits von einem Ofenaußenrohr 44 mit weitgehend
konstan tem Innenquerschnitt umgeben, wobei sich dieses mit einer
konischen ringförmigen Endwand 46, welche eine
stirnseitige Öffnung 47 umgibt, über
das Ende des Ofenrohres 26 mit der Materialaustragöffnung 34 hinaus
erstreckt. Die konische Endwand 46 des Ofenaußenrohres 44 ist
so ausgebildet, dass sich ihr Querschnitt in axialer Richtung von
innen nach außen verjüngt.
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An
seinem gegenüberliegenden Ende, welches etwa in Höhe
des inneren Endbereichs 20 des Pyrolyserohres 12 liegt,
weist das Ofenaußenrohr 44 eine Ascheabgabeöffnung 48 auf.
Zwischen dem Ofenaußenrohr 44 und dem Verbrennungsrohrabschnitt 30 des
Ofenrohres 26 liegt ein Ringraum 50 vor. Die Innenmantelfläche
des Ofenaußenrohres 44 trägt eine wendelförmige
Förderrippe 52, welche derart ausgerichtet ist,
dass die Förderung von Material in die entgegengesetzte
Richtung erfolgt, als dies bei dem Pyrolyserohr 12 und
dem Verbrennungsrohrabschnitt 30 des Ofenrohres 26 bei
gleicher Drehrichtung der Fall ist.
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Der
Ofen 10 umfasst eine hier nicht eigens dargestellte Wärmeisolation,
welche die freien Außenflächen des Ofenrohres 26 und
des Ofenaußenrohres 44 umgibt.
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Die
konische Endwand 46 des Ofenaußenrohres 44 mündet
in einen Rauchgaskanal 54, welcher aus dem Verbrennungsraum 32 austretendes Rauchgas
zum das Pyrolyserohr 12 umgebenden Ringraum 28 führt.
Dazu ist der erste Abschnitt 24 des Ofenrohres 26 in
einem Bereich gasdicht von einem Gehäuse 56 umgeben,
welcher in Förderrichtung des Materials im Pyrolyserohr 12 gesehen
vor dem gestauchten Bereich der Förderrippe 18 des
Pyrolyserohres 12 angeordnet ist.
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Der
Rauchgaskanal 54 ist zur Wärmeisolation mit Keramikmatten 55 ausgekleidet,
welche hier nicht eigens dargestellt sind. Der Rauchgaskanal 54 verläuft
außerhalb des Ofenrohres 26, des Ofenaußenrohres 44 und
des Pyrolyserohres 12 und mündet in das Gehäuse 56.
Die Wand des Ofenrohres 26 ist im von dem Gehäuse 56 umgebenden
Bereich über ihren Umfang mit Öffnungen 57 nach
Art einer Perforation versehen, so dass Rauchgas aus dem Rauchgaskanal 54 in
das Gehäuse 56 und von diesem in den Ringraum 28 strömen
kann. An seiner Unterseite weist das Gehäuse 56 eine
Aschesammeleinrichtung 58 auf, welche der Aschesammeleinrichtung 42 des Rauchgasabzuges 40 entspricht.
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Der
Rauchgaskanal 54 weist einen ersten vertikalen Abschnitt 54a auf,
welcher der konischen Endwand 46 des Ofenaußenrohres 44 benachbart ist.
Der vertikale Abschnitt 54a des Rauchgaskanals 54 geht
in einen horizontalen Abschnitt 54b über, welcher
neben dem Ofenaußenrohr 44 verläuft und seinerseits
in einen kurzen zweiten vertikalen Abschnitt 54c mündet,
der mit dem Gehäuse 56 verbunden ist. Der horizontale
Abschnitt 54b des Rauchgaskanals 54 trägt
an seinem dem vertikalen Abschnitt 54a benachbarten stirnseitigen
Ende einen Brenner 60, so dass durch den Rauchgaskanal 54 strömendes
Rauchgas oder strömende Luft gezielt aufgeheizt werden
kann.
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Das
Ofenrohr 26 ist an seinem Verbrennungsrohrabschnitt 30 mittels
Halteeinrichtungen 62 und 64 gegenüber
dem Ofenaußenrohr 44 gehalten. In entsprechender
Weise ist das Pyrolyserohr 12 mittels Halteeinrichtungen 62 und 64 gegenüber
dem ersten Abschnitt 24 des Ofenrohres 26 gehalten.
Die Halteeinrichtungen 62 und 64 werden weiter
unten noch im Detail beschrieben.
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Der
erste Abschnitt 24 des Ofenrohres 26 und das Ofenaußenrohr 44 des
Ofens 10 tragen jeweils einem umlaufenden Führungsring 66 bzw. 68, welche
in axialer Richtung auf beiden Seiten von hier nicht eigens gezeigten
Führungsrollen flankiert sind, die um eine vertikale Achse
verdrehbar sind und an den Führungsringen 66 bzw. 68 abrollen.
Der erste Abschnitt 24 des Ofenrohres 26 trägt
außerdem einen umlaufenden Antriebsring 70, welcher
in an und für sich bekannter Weise mit einem Motor 72 zusammenarbeitet.
Wenn der Motor 72 betrieben wird, wird das Ofenrohr 26 abhängig
von der Drehrichtung des Motors 72 um seine Längsachse
gedreht. Das Pyrolyserohr 12 und das Ofenaußenrohr 44 sind über
die Halteeinrichtungen 62 und 64 drehfest mit
den Ofenrohr 26 verbunden, so dass sich das Pyrolyserohr 12 und
das Ofenaußenrohr 44 entsprechend gemeinsam mit
dem Ofenrohr 26 drehen. Bei der Drehung der Rohre 12, 26 und 44 sind
diese über die Führungsringe 66 und 68 geführt.
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Der
Ofen 10 umfasst außerdem ein Schwelgasrohr 74,
welches mit einem ersten Endbereich 76 durch die Materialabgabeöffnung 16 des
Pyrolyserohres 12 in dieses hineinragt, sich von dort durch den
Verbrennungsrohrabschnitt 30 des Ofenrohres 26,
durch den äußeren Endbereich des Ofenaußenrohres 44 und
dessen Öffnung 47 sowie durch den vertikalen Abschnitt 54a des
Rauchgaskanals 54 hindurch erstreckt und in einen von außen
zugänglichen Anschluss 78 mündet, der
einen Schwelgasabzug bildet.
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Das
Schwelgasrohr 74 ist über eine sternförmige
Halterung 80 drehfest mit der Innenmantelfläche
des Verbrennungsrohrabschnitts 30 des Ofenrohres 26 verbunden.
Der Endbereich 76 des Schwelgasrohres 74 erstreckt
sich durch einen axialen Durchgangskanal 82 in einem Zylinder 84,
welcher drehfest mit dem Pyrolyserohr 12 verbunden ist. Der
Durchgangskanal 82 des Zylinders 84 weist an dessen
im Pyrolyserohr 12 liegenden Ende einen sich nach innen
verjüngenden konischen Abschnitt 86 auf, der in
dieser Richtung in einen zylindrischen Abschnitt 88 mündet,
der seinerseits in einen weiteren zylindrischen Abschnitt 90 mit
geringerem Querschnitt übergeht. Im zylindrischen Abschnitt 88 des Zylinders 84 ist
zwischen diesem und dem Schwelgasrohr 74 eine Lamellendichtung 92 angeordnet, welche
einen Materialdurchtritt durch den Durchgangskanal 82 des
Zylinders 84 verhindert. Die in geringerem Abstand nebeneinander
verlaufenden Windungen der Förderrippe 18 des
Pyrolyserohres 12 umgeben den Zylinder 84.
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Durch
die Öffnung 47 des Ofenaußenrohres 44 und
die Materialaustragöffnung 34 des Ofenrohres 26 ragt
eine Lanze 94 für ein die Verbrennung förderndes
Gas in dessen Verbrennungsrohrabschnitt 30 hinein. Bei
dem die Verbrennung fördernden Gas kann es sich beispielsweise
um Frischluft handeln, welche nachstehend allgemein als Verbrennungsluft bezeichnet
wird. Über die Lanze 94 kann dem Verbrennungsraum 32 Verbrennungsluft
zugeführt werden. Die Lanze 94 erstreckt sich
bis kurz vor die das Schwelgasrohr 74 tragende Halterung 80 und
ist in 3 in vergrößertem Maßstab
gezeigt.
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Wie
dort zu erkennen ist, umfasst sie ein Außenrohr 96,
welches einen ersten Abschnitt 96a mit einem verhältnismäßig
kleinen Innenquerschnitt, einen zweiten Abschnitt 96b mit
größerem Innenquerschnitt und einen dritten Abschnitt 96c mit
nochmals größerem Innenquerschnitt aufweist. Jeder
Abschnitt 96a, 96b, 96c des Außenrohres 96 umfasst
radial nach außen weisende Düsen 98, über
welche Verbrennungsluft in radiale Richtung abgegeben werden kann
und von denen in 3 lediglich eine mit einem Bezugszeichen
versehen ist. An der Stirnseite des Abschnitts 96a des
Außenrohres 96 mit geringstem Durchmesser ist
eine in axiale Richtung weisende Düse 100 vorgesehen, über
welche Verbrennungsluft in axialer Richtung abgegeben werden kann.
Am Abschnitt 96c des Außenrohres 96 ist
ein Anschluss 102 vorgesehen, über welchen dem
Außenrohr 96 der Lanze 94 Verbrennungsluft
zugeführt werden kann.
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Die
Lanze 94 umfasst außerdem ein inneres Rohr 104,
welches sich von der der axialen Düse 100 gegenüberliegenden
Stirnseite des Außenrohres 96 in dieses und etwas
in dessen Abschnitt 96b mit mittlerem Innenquerschnitt
hinein erstreckt. Zwischen dem inneren Rohr 104 und dem
Abschnitt 96b des Außenrohres 96 verbleibt
ein schmaler Ringspalt, wodurch durch Wärme verursachten
Bewegungen der einzelnen Rohre möglich sind. An seinem
außenliegenden Ende weist das innere Rohr 104 einen
Anschluss 106 für Verbrennungsluft auf.
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Außerdem
umfasst die Lanze 94 ein innerstes Rohr 108, welches
sich durch das innere Rohr 104 und das Außenrohr 96 hindurch
und etwas in dessen Abschnitt 96a mit geringstem Durchmesser hinein
erstreckt. Zwischen dem Abschnitt 96a des Außenrohres 96 und
dem darin liegenden Endbereich des innersten Rohres 108 verbleibt
ein ebenfalls ein schmaler Ringspalt, um Wärmebewegungen der
einzelnen Rohre 96 bzw. 108 zuzulassen. Am freien
Ende des innersten Rohres 108 ist ein Anschluss 110 für
Verbrennungsluft vorgesehen.
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In 4 ist
eine der Halteeinrichtungen 62 in vergrößertem
Maßstab gezeigt, welche das Pyrolyserohr 12 mit
dem Ofenrohr 26 verbindet. Das nachstehend Erläuterte
gilt sinngemäß entsprechend für die Halteeinrichtungen 62,
welche das Ofenrohr 26 mit dem Ofenaußenrohr 44 verbinden.
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Die
Halteeinrichtung 62 umfasst eine Führungshülse 112,
welche einen Flansch 113 trägt. Das Ofenrohr 26 weist
einen sich radial nach außen erstreckenden Tragstutzen 114 auf,
welcher eine zur Führungshülse 112 komplementäre
Durchgangsbohrung 114a aufweist, die in eine ebenfalls
zur Führungshülse 112 komplementäre Öffnung 115 im Ofenrohr 26 übergeht.
Die Führungshülse 112 sitzt mit ihrem
Flansch 113 auf der Außenringfläche des Tragstutzens 115,
wobei sie durch die Öffnung 114a des Tragstutzens 114 und
durch die Öffnung 115 des Ofenrohres 26 hindurch
in den Ringraum 28 zwischen dem Pyrolyserohr 12 und
dem Ofenrohr 26 hineinragt.
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Die
Führungshülse 112 ist in dieser Position fest über
den Flansch 113 mit dem Tragstutzen 114 des Ofenrohrs 26 verbunden,
beispielsweise verschweißt. An ihrem außenliegenden
Ende weist die Führungshülse 112 eine
Stirnwand 116 auf, welche radial in einen umlaufenden Kragen 116a übergeht.
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Die
Halteeinrichtung 62 umfasst außerdem einen Zylinder 118,
welcher teilweise im Inneren der Führungshülse 112 verläuft
und sich durch den Ringraum 28 sowie durch eine Öffnung 120 im
Pyrolyserohr 12 in dasselbe hinein erstreckt. Der Zylinder 118 ist
durch die Führungshülse 112 geführt
zwischen einer bezogen auf die Führungshülse 112 ausgefahrenen
und eingefahrenen Stellung verschiebbar. Das von dem Ofenrohr 26 weiter
abliegende Ende des Zylinders 118 ist mit einer Platte 122 verschlossen,
welche eine zentrische Durchgangsbohrung 124 aufweist.
Die Stirnwand 116 der Führungshülse 112 weist
eine zu dieser koaxiale Durchgangsbohrung 126 auf, welche
den gleichen Querschnitt hat.
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Durch
die Durchgangsbohrungen 124 und 126 verläuft
eine Koppelstange 128, deren im Inneren des Zylinders 118 liegendes
Ende zu einem Flansch 130 aufgeweitet ist, welcher ein
Herunterrutschen des Zylinders 118 von der Koppelstange 128 verhindert.
An dem dem Flansch 130 gegenüberliegenden Ende
weist die Koppelstange 128 einen Gewindeabschnitt 132 auf,
auf welchen eine Mutter 134 aufgeschraubt ist. Zwischen
der Mutter 134 und der Führungshülse 112 ist
eine die Koppelstange 128 bereichsweise umgebende Distanzhülse 136 vorgesehen,
welche auf der Stirnwand 116 der Führungshülse 112 aufliegt.
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An
der Außenfläche der Abdeckplatte 122 des
Zylinders 118 liegt ein die Koppelstange 128 umgebendes
Tellerfeder-Paket 138 an. Dieses drückt am gegenüberliegenden
Ende gegen eine Gegenplatte 140 einer Vorspanneinrichtung 142.
Die Gegenplatte 140 ist mit mehreren achsparallel zur Koppelstange 128 verlaufenden
Streben 144 verbunden, welche ihrerseits durch Öffnungen 146 in
der Stirnwand 116 der Führungshülse 112 verlaufen.
Die Streben 144 sind an ihrem äußeren
Ende mit einer Ringplatte 148 verbunden, welche die Koppelstange 128 und
die Distanzhülse 136 umgibt.
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Der
Zylinder 118 kann als Hohlzylinder oder als, abgesehen
von einem Bereich um den Flansch 130 der Koppelstange 128 herum,
massiv ausgebildeter Zylinder vorliegen. Der Zylinder 118 trägt
an seinem aus der Führungshülse 112 herausragenden Abschnitt 118a einen
umlaufenden Anlagekragen 150, der gegen die Außenmantelfläche
des Pyrolyserohres 12 anliegen kann. Dazu ist die in Richtung
des Pyrolyserohres 12 weisende Außenfläche 152 des Anlagekragens 150 komplementär
zur Außenfläche des Pyrolyserohres 12 ausgebildet.
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In 5 ist
eine der Halteeinrichtungen 64 in vergrößertem
Maßstab gezeigt, welche im Wesentlichen der in 4 gezeigten
Halteeinrichtung 62 entspricht. Im Unterschied zu letzterer
ist der Zylinder 118 jedoch kürzer ausgebildet
und endet im Ringraum 28 bündig mit dem Anlagekragen 150.
Das Pyrolyserohr 12 weist dort, wo eine Halteeinrichtung 64 verwendet
wird, keine Öffnung 120 auf, wie sie zur Verwendung
der Halteeinrichtung 62 notwendig ist.
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Wie
in den 1 und 2 zu erkennen ist, verbinden
Halteeinrichtungen 62, bei denen der Zylinder 118 in
das jeweils innere Rohr hineinragt, das Pyrolyserohr 12 und
das Ofenaußenrohr 44 jeweils in deren einander
zugewandten Endberei chen mit dem Ofenrohr 26. Die Halteeinrichtungen 64 sind
dagegen an den beiden Enden des Ofenrohres 26 vorgesehen.
Jeweils fünf Halteeinrichtung 62 bzw. 64 sind in
derselben axialen Position in Umfangsrichtung gleichmäßig
verteilt sternförmig angeordnet.
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In 6 ist
ein oberer Abschnitt der Halteeinrichtung 62 oder der Halteeinrichtung 64 in
einer Abwandlung gezeigt. Dort ist im Unterschied zu den in den 4 bzw. 5 gezeigten
Halteeinrichtungen 62, 64 keine Vorspanneinrichtung 142 vorgesehen,
weshalb das Tellerfeder-Paket 138 direkt an der Innenfläche
der Stirnwand 116 der Führungshülse 112 anliegt.
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Der
sich im kontinuierlichen Betrieb befindliche Ofen 10 funktioniert
wie folgt:
Über die Beschickungsöffnung 14 wird
dem Pyrolyserohr 12 mittels beispielsweise eines hier nicht
eigens dargestellten, an und für sich bekannten Schneckenförderers
Abfallmaterial zugeführt, welches ggfs. durch eine entsprechende
Vorbehandlung in zerkleinerter Form vorliegt. Bei dem Abfallmaterial
kann es sich beispielsweise um vorbehandelten Klärschlamm handeln.
Derartiger Klärschlamm kann z. B. noch eine Restfeuchte
von 5% bis 10% aufweisen.
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Mittels
des Motors 72 werden das Pyrolyserohr 12, das
Ofenrohr 26 und das Ofenaußenrohr 44 um
ihre Längsachse verdreht, so dass durch die Förderrippe 18 des
Pyrolyserohres 12 in letzterem befindliches Material langsam
in Richtung auf dessen Materialabgabeöffnung 16 zu
gefördert wird. Im Pyrolyserohr 12 herrscht eine
Temperatur von 500°C bis 550°C. Diese wird durch
Rauchgas aus dem Verbrennungsraum 32 aufrecht erhalten,
welches dem Ringraum 28 zugeführt wird, der das
Pyrolyserohr 12 umgibt. Darauf wird später nochmals eingegangen.
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Bei
diesen Temperaturen wird das im Pyrolyserohr 12 vorliegenden
Abfallmaterial unter weitgehendem Sauerstoffausschluss und Entstehung
von Schwelgas zu so genanntem Schwelkoks verschwelt. Der Schwelkoks
kann zu einem gewissen Grad anorganische Rückstände
des Ausgangsmaterials beinhalten.
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Im
Bereich des Zylinders 84, wo der Abstand zweier benachbarter
Windungen der Förderrippe 18 im Pyrolyserohr 12 geringer
ist, wird der Weg zwischen Pyrolyserohr 12 und dem Verbrennungsraum 32 des
Ofenrohres 26 durch eine den Zylinder 84 umgebende
Materialschicht aus Material, welches in Richtung auf den Verbrennungsraum 32 gefördert wird,
gasdicht geschlossen. Zu diesem Zweck ist die Förderrippe 18 im
Bereich des Zylinders 84 so ausgebildet, dass stets mehr
als eine vollständige Windung der Förderrippe 18 um
den Zylinder 84 herum verläuft, wobei beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel stets zwei vollständige Windungen
um den Zylinder 84 herum verlaufen. Dadurch ist der Zylinder 84 stets
in Umfangsrichtung vollständig von Material eingeschlossen,
welches sich zwischen den benachbarten Windungen der Förderrippe 18 befindet,
die den Zylinder 84 umgeben.
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Die
Lamellendichtung 92 im zylindrischen Abschnitt 90 des
Durchgangskanals 82 des Zylinders 84 wird durch
Koksmaterial abgedichtet, welches durch die Förderrippe 18 über
den konischen Abschnitt 86 in den Zylinder 84 hineingedrückt
wird und sich zwischen den Lamellen der Lamellendichtung 92 festsetzt.
Im Laufe der Zeit erhöht sich so die Dichtwirkung der Lamellendichtung 92.
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Durch
die Drehung um die Längsachse des Pyrolyserohres 12 wird
Koksmaterial in den Verbrennungsrohrabschnitt 30 des Ofenrohres 26 gefördert. In
dem von diesem begrenzten Verbrennungsraum 32 herrscht
eine sauerstoffhaltige Atmosphäre, wodurch das in den Verbrennungsraum 34 eintretende Material
verbrennt und sich die Temperatur im Verbrennungsrohrabschnitt 30 auf
800°C bis 900°C erhöht. Bei der ablaufenden
Verbrennung entsteht Rauchgas, welches über den Rauchgaskanal 54 in den
Ringraum 28 zwischen dem Pyrolyserohr 12 und dem
Ofenrohr 26 geführt wird.
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Das
Rauchgas tritt mit einer Temperatur von etwa 700°C in den
Ringraum 28 ein und heizt das Pyrolyserohr 12 derart
auf, dass in dessen Innenraum die gewünschte Temperatur
von 500°C bis 550°C aufrechterhalten wird, wobei
das Rauchgas im Ringraum 28 abkühlt. Das kühlere
Rauchgas im Ringraum 28 wird über den Rauchgasabzug 40 abgezogen
und einer nachgeschalteten und an und für sich bekannten
Reinigung unterzogen.
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Dadurch,
dass das bei der Verbrennung entstehende heiße Rauchgas
dem Ringraum 28 von radial außen zugeführt
wird, sind der Strömungsweg des Rauchgases zum Ringraum 28 und
der Übergangsbereich zwischen dem Pyrolyserohr 12 und dem
Verbrennungsraum 32 des Ofenrohres 26 voneinander
getrennt. Zum einen wird dadurch die Gefahr eines Ausfalls des Ofens 10 durch
heftige Verbrennungsvorgänge verringert, die gegebenenfalls im
Bereich des Übergangs zwischen Pyrolyserohr 12 und
Verbrennungsraum 32 vorkommen können, wenn das
heiße Rauchgas dicht an dem Übergangsbereich zwischen
Pyrolyserohr 12 und Verbrennungsraum 32 entlang
strömt. Darüber hinaus kann die Rauchgastemperatur
auf ihrem Weg vom Verbrennungsraum 32 des Ofens 10 zum
Ringraum 28 auch separat beeinflusst und an die für
einen einwandfreien Schwelprozess erforderlichen Parameter angepasst
werden. Dazu kann beispielsweise der Brenner 60 das Rauchgas
aufheizen, falls dieses eine für den Prozess notwendige
Mindesttemperatur unterschreitet.
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Durch
den Brenner 60 kann darüber hinaus der Anfahrvorgang
des Ofens 10 unterstützt werden, wenn noch kein
ausreichend heißes Rauchgas im Verbrennungsraum 32 erzeugt
wird. Durch den Brenner 60 wird dann noch kühle
Luft im Rauchgaskanal 54 erhitzt, die in den Ringraum 28 strömt
und das Pyrolyserohr 12 aufheizt, bis die Verschwelung
des Materials einwandfrei abläuft.
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Durch
die Perforierung 57 entlang des Umfangbereichs des Ofenrohres 26,
der von dem Gehäuse 56 umgeben ist, kann das Ofenrohr 26 ungeteilt
als Element genutzt werden, welches das Pyrolyserohr 12 mit
dem Ofenaußenrohr 44 koppelt.
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Das
im Pyrolyserohr 12 entstehende Schwelgas, welches auch
als Pyrolysegas bezeichnet wird, wird über das Schwelgasrohr 74 aus
dem Pyrolyserohr 12 abgezogen und dabei durch den Verbrennungsraum 32 des
Ofens 10 geführt. Das Schwelgasrohr 74 weist
auf Grund der gegenüber der im Pyrolyserohr 12 herrschenden
höheren Temperatur im Verbrennungsraum 32 des
Ofens 10 ebenfalls eine gegenüber der im Pyrolyserohr 12 herrschenden
höhere Temperatur auf. Dadurch wird ein Auskondensieren
von mit dem Schwelgas mitgeführten Bestandteilen an der
Innenwand des Schwelgasrohres 74 verhindert. Zudem werden
bei der Temperatur, welcher das Schwelgas auf seinem Weg durch das
Schwelgasrohr 74 hindurch ausgesetzt ist, hochmolekulare
Anteile des Schwelgases, welche in der Regel hochsiedend sind, gecrackt
und in niedermolekulare Bestandteile umgewandelt, die einen niedrigeren
Siedepunkt haben. Insgesamt werden dadurch die Verbrennungseigenschaften
des Schwelgases verbessert. Gegebenenfalls kann dadurch auch der Heizwert
des Schwelgases erhöht werden. Darüber hinaus
muss die Wärmenutzung des Schwelgases aufgrund reduzierter
Kondensatbildung nicht in direkter Nachbarschaft zum Pyrolyseprozess
erfolgen. Das Schwelgas verlässt das Schwelgasrohr 74 mit einer
Temperatur von etwa 600°C und wird einer weiteren Verwertung
in Form beispielsweise einer Nachverbrennung zugeführt.
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Die
Verbrennung des aus dem Pyrolyserohr 12 stammenden Schwelkokses
im Verbrennungsraum 32 des Ofens 10 kann durch
eine gezielte Sauerstoffzufuhr über die Lanze 94 gesteuert
werden. Eine möglichst genaue Temperatureinstellung innerhalb
des Verbrennungsraumes 32 des Ofens 10 ist beispielsweise
notwendig, um ein Verglasen mineralischer Bestandteile des Schwelkokses
zu verhindern. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Lanze 94,
d. h. dadurch, dass entweder in deren Anschluss 102 und/oder 106 und/oder 110 Verbrennungsluft
eingeblasen wird, kann der Sauerstoffanteil im Verbrennungsraum 32 in
drei Verbrennungszonen eingestellt werden. Wenn der Lanze 94 lediglich über den
Anschluss 110 Verbrennungsluft zugeführt wird, verlässt
dieser die Lanze 94 nur über die radialen Düsen 98 im
Abschnitt 96a des Außenrohres 96 sowie über
die axiale Düse 100. Damit wird die Verbrennung
in einer ersten Verbrennungszone des Verbrennungsraumes 32 des
Ofens 10, welche dem Pyrolyserohr 12 benachbart
angeordnet ist, unterstützt.
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Mit
der axialen Düse 100 der Lanze 94 wird Verbrennungsluft
durch die Halterung 80 für das Schwelgasrohr 94 hindurch
geblasen, so dass Sauerstoff auch in den Bereich zwischen der Halterung 80 und
dem Pyrolyserohr 12 gelangt.
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Entsprechend
kann eine mittlere Verbrennungszone des Verbrennungsraums 32 mit
Sauerstoff versorgt werden, indem die Lanze 94 über
ihren Anschluss 106 mit Verbrennungsluft beschickt wird, welcher
diese dann über die radialen Düsen 98 im mittleren
Abschnitt 96b des Außenrohres 96 verlässt. Analog
kann eine dritte Verbrennungszone des Verbrennungsraums 32,
welcher der Materialaustragöffnung 34 benachbart ist,
mit zusätzlichem Sauerstoff beaufschlagt werden, indem
der Lanze 94 Verbrennungsluft über ihren Anschluss 102 zugeführt
wird. Dieser verlässt die Lanze 94 dann über
die radialen Düsen 98 im dritten Bereich 96c ihres
Außenrohres 96.
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Auf
diese Weise können so eine, zwei oder alle der drei genannten
Verbrennungszonen im Verbrennungsraum 32 des Ofens 10 gezielt
mit Sauerstoff beaufschlagt werden, wodurch die Verbrennung dort
gezielt gesteuert werden kann.
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Als
Rückstand der im Verbrennungsraum 32 des Ofens 10 stattfindenden
Verbrennung entsteht Asche, welche mittels der Förderrippe 52 des
sich drehenden Ofenrohres 26 über die Materialaustragöffnung 34 in
den Ringraum 50 zwischen dem Verbrennungsrohrabschnitt 30 des
Ofenrohres 26 und dem Ofenaußenrohr 44 gefördert
wird. Diese Asche wiederum wird durch die Drehung des Ofenaußenrohres 44 mittels
der Förderrippe 52 zur Ascheabgabeöffnung 48 des
Ofenaußenrohres 44 gefördert. So bleibt
die aus dem Verbrennungsraum 32 des Ofens 10 kommende
Asche noch eine gewisse Verweilzeit bei einer Temperatur, die etwa
derjenigen im Verbrennungsraum 32 entspricht. Dadurch kann
der Kohlenstoffanteil der schließlich das Ofenaußenrohr 44 verlassenden
Asche auf bis zu unter 3 verringert werden. Auch im Ringraum 50 entsteht
Rauchgas, welches über die konische Endwand 46 und
die Öffnung 47 des Ofenaußenrohres 44 in
den Rauchgaskanal 54 und über diesen zum Ringraum 28 des Ofens 10 geführt
wird.
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Über
eine hier nicht eigens gezeigte Fördereinrichtung wird
die aus dem Ofenaußenrohr 44 des Ofens 10 austretende
Asche ihrer Entsorgung oder einer Endbehandlung zugeführt.
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Durch
die Halteeinrichtungen 62 und 64 sind das Pyrolyserohr 12,
das Ofenrohr 26 und das Ofenaußenrohr 44 miteinander
gekoppelt. Dabei bieten die Halteeinrichtungen 62, 64 eine weitgehend
starre Kopplung der miteinander verbundenen Rohre 12, 26 und 44,
wobei dennoch eine Kompensation von Wärmeausdehnungen der
einzelnen Rohre 12, 26 und 44 möglich
ist.
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Durch
die Distanzhülse 136 ist die Bewegung des Zylinders 118 in
Richtung auf das jeweils innere Rohr (Pyrolyserohr 12 bzw.
Ofenrohr 26) begrenzt. In der Regel sind die Komponenten
so aufeinander abgestimmt, dass der Anlagekragen 150 am Zylinder 118 mit
seiner Außenfläche 152 gegen die Außenfläche
des inneren Rohres anliegt, wenn der Zylinder 118 seine
weitestmöglich gegenüber der Führungshülse 112 ausgefahrene
Stellung einnimmt. Das Tellerfeder-Paket 138 wirkt einer
Bewegung des Zylinders 118 in Richtung von dem inneren
Rohr 12 oder 26 weg entgegen, kann jedoch durch
die bei thermischer Ausdehnung wirkende Kraft komprimiert werden.
Das Tellerfeder-Paket 138 ist so ausgewählt, dass
die Gewichtskraft des mit Material gefüllten Pyrolyserohres 12 nicht
ausreicht, um es merklich zu komprimieren. Dies bedeutet, dass die
Halteeinrichtungen 62 das Pyrolyserohr 12 auch
dann weitgehend konzentrisch zum Ofenrohr 26 halten, wenn
sie während der Drehung des Pyrolyserohres 12 in
eine Position gelangen, in welcher das Pyrolyserohr 12 mit
seinem gesamten Gewicht auf das Tellerfeder-Paket 138 drückt.
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Durch
die Vorspanneinrichtung 142 kann die Kraft, mit welcher
das Tellerfeder-Paket 138 einer Bewegung des Zylinder 118 entgegenwirkt,
erhöht werden, indem die Ringplatte 148 in Richtung
auf die Führungshülse 112 bewegt und
dort beispielsweise mittels hier nicht gezeigter Klammern, Schrauben oder
dergleichen fixiert wird. In dieser Stellung ist die Gegenplatte 140 der
Vorspanneinrichtung 142 näher an der Abdeckplatte 122 des
Zylinders 118 angeordnet, wodurch das dazwischen angeordnete
Tellerfeder-Paket 138 zusammengedrückt wird und
mit größerer Kraft einer Bewegung des Zylinders 118 in Richtung
von dem inneren Rohr 12 oder 26 weg entgegen wirkt.
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Durch
das Tellerfeder-Paket 138 ist jedoch gewährleistet,
dass bei einer entsprechenden Wärmeausdehnung des inneren
Rohres (Pyrolyserohr 12 oder Ofenrohr 26) diese
Ausdehnung kompensiert wird und sich nicht auf das umgebende äußere
Rohr (Ofenrohr 26 oder Ofenaußenrohr 44)
auswirkt, wie es beispielsweise bei einer Verbindung der Rohre 12, 26 und 44 mittels
starrer Bolzen der Fall wäre.
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Dadurch,
dass die Führungshülse 112 und der Zylinder 118 der
Halteeinrichtung 62 durch die Öffnung 114a des
Tragstutzen 114 und die Öffnung 115 des
Pyrolyserohres 12 ragen, ist letzteres an einer axialen
Bewegung relativ zu dem Ofenrohr 26 gehindert.
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Die
letztgenannte Bewegung ist jedoch bei der Halteeinrichtung 64 möglich,
da dort lediglich der Anlagekragen 150 gegen die Außenfläche
des inneren Rohres 12 oder 26 anliegt, weshalb
dieses entlang des Anlagekragens 150 gleiten kann. Dadurch ist
es möglich, dass auch eine Wärmeausdehnung des
inneren Rohres 12 oder 26 in axiale Richtung möglich
ist, wodurch Beschädigungen des Ofens 10 verhindert
werden, wenn derartige Wärmeausdehnungen stattfinden. Zu
solchen Wärmeausdehnungen kann es beispielsweise im Falle
einer Störung im Form einer unerwünschten überhöhten
Betriebstemperatur auf Grund einer unkontrollierten Verbrennung im
Inneren des Ofens 10 kommen.
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Durch
die Vorspanneinrichtung 142 der Halteeinrichtungen 62, 64 ist
es auch möglich, die Rohre 12, 26 und 44 koaxial
zueinander auszurichten, indem unterschiedliche lange Distanzhülsen 136 verwendet
werden oder die Mutter 134, insbesondere für kleinere
Korrekturen, entsprechend auf dem Gewindeabschnitt 132 verstellt
wird. Dadurch können fertigungsbeding te Abweichungen von
einer kreisrunden Außenkontur ausgeglichen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3632548
C1 [0003, 0006]