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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kesselausrüstung mit verbessertem Verbrennungswirkungsgrad und ein System zur Behandlung organischer Abfälle mit einer solchen Kesselausrüstung.
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Hintergrund der Erfindung
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In herkömmlichen Kesselausrüstungen umfasst ein Verbrennungsofen eine Verbrennungsvorrichtung, wie z.B. einen Brenner zur Verbrennung von kleinkörnigem Brennstoff in dem Verbrennungsofen. Die Kesselausrüstung ist außerdem mit einem Wärmetauscher ausgestattet, um die durch die Verbrennung erzeugte Wärmeenergie auf Wasser zu übertragen.
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Bei der Behandlung von organischen Abfällen, wie z.B. Lebensmittelabfällen, ist es wünschenswert, z.B. einen im Patentdokument 1 offenbarten Gärtrockner zu verwenden, um die organischen Abfälle zu vergären und zu zersetzen und so ein volumenreduziertes Trockenprodukt zu erhalten. Es ist auch wünschenswert, dass das getrocknete Produkt als Brennstoff in Kesselausrüstungen verbrannt wird, so dass fast kein unverbranntes Material übrig bleibt.
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Dokumente zum Stand der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Offenlegungsschrift JP 2007-319738 A
- Patentdokument 2 : Patentschrift JP 4153685
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Zusammenfassung der Erfindung
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Problem, das durch die Erfindung gelöst werden soll
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Bei herkömmlichen Kesselausrüstungen fällt jedoch eine große Menge an Asche an.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht, um eine Kesselausrüstung mit hohem Verbrennungswirkungsgrad bereitzustellen, die fast kein unverbranntes Material (Asche) erzeugt, wenn die Kesselausrüstung nicht nur organischen Abfall, sondern auch verschiedene Arten von Brennstoff verbrennt.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen, umfasst eine Kesselausrüstung der vorliegenden Erfindung: eine Verbrennungsvorrichtung mit einer Verbrennungskammer zur Verbrennung des der Verbrennungsvorrichtung zugeführten Brennstoffs; einen Verbrennungsofen mit einer darin ausgebildeten Verbrennungskammer; und einen Wärmetauscher, der die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Verbrennungsvorrichtung gewonnene Wärmeenergie auf Wasser überträgt. Die Verbrennungsvorrichtung ist direkt mit einem Wandteil des Verbrennungsofens verbunden, so dass die Brennkammer der Verbrennungsvorrichtung der Brennkammer des Verbrennungsofens gegenüberliegt.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird der Brennstoff in den Brennkammern der Verbrennungsvorrichtung und des Verbrennungsofens, die miteinander verbunden sind, effizient verbrannt. Dadurch fällt fast keine Asche an.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Wärmetauscher Folgendes umfasst: eine Dampf-Wasser-Trommel, die oberhalb der Brennkammer des Verbrennungsofens angeordnet ist; eine Wassertrommel, die an einer Position angeordnet ist, die höher liegt als ein Öffnungsteil des Wandteils des Verbrennungsofens, zu dem die Brennkammer der Verbrennungsvorrichtung geöffnet ist; und ein Wasserrohrsystem, bei dem ein erstes Endteil davon mit der Dampf-Wasser-Trommel verbunden ist, während ein zweites Endteil davon mit der Wassertrommel an der Position der Wassertrommel in der Höhenrichtung verbunden ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Gesamtaufbau zu vereinfachen und gleichzeitig die Wassertrommel in den Wärmetauscher einzubeziehen. Auf diese Weise ist es möglich, die Verbrennungsenergie des Brennstoffs unter Verwendung einer ausreichenden Wassermenge effizient in Dampf umzuwandeln.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch vorteilhaft, dass das Wasserrohrsystem umfasst: eine große Anzahl von ersten Wasserrohren, die an einer inneren Wandfläche der Verbrennungskammer des Verbrennungsofens vorgesehen sind, so dass sie sich vertikal erstrecken; zweite Wasserrohre, durch die Wasser, das von außen der Dampf-Wasser-Trommel zugeführt wird, nach unten fließt; dritte Wasserrohre, die horizontal an der Position der Wasser-Trommel in Höhenrichtung vorgesehen sind, so dass das Wasser, das durch die zweiten Wasserrohre geflossen ist, zu den ersten Wasserrohren fließt; und vierte Wasserrohre, durch die ein Teil des Wassers, das durch die dritten Wasserrohre geflossen ist, weiter zur Wasser-Trommel fließt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Verbrennungsenergie auf die große Wassermenge in der Brennkammer des Verbrennungsofens zu übertragen, ohne dass eine Wasserförderpumpe im Wärmetauscher vorgesehen ist, was zu einer effizienten Dampferzeugung führt.
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Weiterhin ist es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Verbrennungsvorrichtung direkt mit einer vertikalen Wand des Verbrennungsofens verbunden ist. In dem Wandteil des Verbrennungsofens ist vorzugsweise eine Gasauslassöffnung in einer vertikalen Wand ausgebildet, die der vertikalen Wand gegenüberliegt, mit der die Verbrennungsvorrichtung direkt verbunden ist, so dass die Gasauslassöffnung das durch die Verbrennung in der Brennkammer des Verbrennungsofens erzeugte Abgas ableitet. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, dass die Verbrennungsenergie des Brennstoffs im Wärmetauscher in Dampf umgewandelt wird, während die gesamte Brennkammer des Verbrennungsofens effektiv genutzt wird.
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Des Weiteren ist es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Brennkammer der Verbrennungsvorrichtung umfasst: eine primäre Brennkammer, in der der zugeführte Brennstoff einer primären Verbrennung unterzogen wird; eine sekundäre Brennkammer, in der der Brennstoff, der der primären Verbrennung in der primären Brennkammer unterzogen wurde, einer sekundären Verbrennung unterzogen wird; und eine Luftzufuhröffnung, durch die der sekundären Brennkammer unabhängig von der der primären Brennkammer zugeführten Luft Luft zugeführt wird. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, der Sekundärbrennkammer der Verbrennungsvorrichtung und der Brennkammer des Verbrennungsofens, die mit der Sekundärbrennkammer einen integrierten Raum bildet, eine große Menge an Luft zuzuführen, was dazu führt, dass die Sekundärverbrennung des Brennstoffs bei einer hohen Temperatur erfolgt. So wird die Sekundärverbrennung optimal durchgeführt.
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Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung vorzugsweise die Kesselausrüstung und einen Gärtrockner, der so konfiguriert ist, dass er: ein zu behandelndes Objekt, das organische Abfälle enthält, in einem luftdichten Behälter aufbewahrt; das zu behandelnde Objekt unter vermindertem Druck erhitzt und umrührt, so dass eine Temperatur des zu behandelnden Objekts innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt; organische Stoffe unter Verwendung von Mikroorganismen fermentiert; und ein volumenreduziertes getrocknetes Produkt erhält, bei dem eine Geruchskomponente zersetzt wurde. Vorzugsweise wird das durch den Gärtrockner gewonnene Trockenprodukt als Brennstoff in die Verbrennungskammer der Verbrennungsvorrichtung der Kesselausrüstung geleitet. Da das getrocknete Produkt aus dem Gärtrockner in der Kesselausrüstung verbrannt und verbrannt werden kann, entfällt bei dieser Konfiguration der Schritt der Abfallentsorgung.
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Die vorliegende Erfindung umfasst vorzugsweise auch einen Dampfelektrizitätsgenerator, der Strom durch Dampf erzeugt, der aus der Dampf-Wasser-Trommel der Kesselausrüstung entnommen wird. Es ist auch bevorzugt, dass der Gärtrockner durch den vom Dampferzeuger gewonnenen Strom angetrieben wird. Da bei dieser Konfiguration ein Teil der für den Antrieb des Gärtrockners benötigten elektrischen Energie durch die bei der Verbrennung des getrockneten Produkts gewonnene Wärmeenergie gedeckt wird, können die Kosten für den Antrieb des Gärtrockners gesenkt werden.
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Wirkung der Erfindung
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Mit der Kesselausrüstung und dem System zur Behandlung organischer Abfälle der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Verbrennungseffizienz des Brennstoffs weiter zu verbessern, so dass fast keine Asche zurückbleibt.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Systems zur Behandlung organischer Abfälle einschließlich einer Kesselausrüstung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- [2] 2 ist ein Diagramm, das schematisch eine allgemeine Konfiguration eines Gärtrockners zeigt, der in dem Behandlungssystem vorgesehen ist.
- [3] 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Fremdstoffabscheiders zeigt, der in dem Behandlungssystem vorgesehen ist.
- [4] 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine allgemeine Konfiguration einer Kesselausrüstung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- [5] 5 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine allgemeine Konfiguration eines Brenners in der Kesselausrüstung darstellt.
- [6] 6 ist eine Querschnittsansicht der Kesselausrüstung, die entlang der Linie IV-IV von 4 aufgenommen ist.
- [7] 7 ist eine Vorderansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Wärmetauschers in der Kesselausrüstung zeigt.
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Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Systems zur Behandlung organischer Abfälle mit einer Kesselausrüstung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ein in 1 dargestelltes System zur Behandlung organischer Abfälle 1 umfasst: einen Gärtrockner 3; einen Fremdstoffabscheider 4; einen Dampfkessel 7; und einen elektrischen Dampferzeuger 91. Bei dem vom Gärtrockner 3 zu behandelnden Objekt handelt es sich um organische Lebensmittelabfälle aus Haushalten oder organische Abfälle aus verschiedenen Anlagen. Im Gärtrockner 3 werden die organischen Abfälle einer Gärtrocknung unter vermindertem Druck unterzogen, wie später im Detail beschrieben. Das durch die Gärungstrocknung unter vermindertem Druck gewonnene Trockenprodukt wird zum Fremdstoffabscheider 4 transportiert, um mit dem Trockenprodukt vermischte Fremdstoffe wie Metalle zu entfernen. Nachdem die Fremdkörper entfernt wurden, wird das getrocknete Produkt als Brennstoff dem Dampfkessel 7 zugeführt, um verbrannt zu werden. Mit Hilfe der Verbrennungsenergie wird im Dampfelektrizitätsgenerator 91 Elektrizität erzeugt, und ein Teil der so erzeugten Elektrizität wird zum Antrieb des Gärtrockners 3 verwendet.
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Im Folgenden wird der Aufbau des Gärtrockners 3 beschrieben.
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-Fermentationstrockner-
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Bei dem Gärtrockner 3 handelt es sich um eine allgemein bekannte Vorrichtung, die zum Beispiel in dem Patentdokument 1 beschrieben ist. Wie im Folgenden beschrieben, dient der Gärtrockner 3 dazu, organische Abfälle als zu behandelnden Gegenstand unter reduziertem Druck zu erhitzen und zu rühren, so dass die Temperatur der organischen Abfälle innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, und organische Stoffe mit Hilfe von Mikroorganismen zu fermentieren. Auf diese Weise wird ein volumenreduziertes Trockenprodukt erhalten.
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Wie in 2 schematisch dargestellt, umfasst der Gärtrockner 3 als luftdichten Behälter zur Aufnahme von Abfällen wie Kunststoff einen zylinderförmigen Tank 30, der so ausgebildet ist, dass er luftdicht ist, so dass der Druck im Inneren des Tanks 30 gleich oder niedriger als der atmosphärische Druck gehalten wird. Ein Heizmantel 31 ist an einer Umfangswand des Tanks 30 vorgesehen. Dem Heizmantel 31 wird vom Dampfkessel 7 über eine Dampfsteuerungsvorrichtung 92 Dampf zum Heizen zugeführt.
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In dem Tank 30 ist eine Rührwelle 32 so angeordnet, dass sie sich in Längsrichtung (in 2 links und rechts) erstreckt, während sie von dem Heizmantel 31 umgeben ist. Die Rührwelle 32 wird von einem Elektromotor 32a mit einer vorgegebenen Drehzahl gedreht. Die Rührwelle 32 umfasst eine Vielzahl von Rührflügeln 32b, die in Wellenrichtung voneinander getrennt sind. Mit der obigen Anordnung werden die Abfälle gerührt und nach Beendigung der Gärtrocknung in Längsrichtung des Tanks 30 transportiert. Anstelle des Elektromotors 32a kann auch ein Hydraulikmotor verwendet werden.
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Genauer gesagt ist in einem oberen Teil des Tanks 30 in dessen Mitte in Längsrichtung (d.h. in der Mitte in 2) eine Zuführöffnung 30a für den Abfall vorgesehen. Der durch die Zuführöffnung 30a zugeführte Abfall wird durch den Heizmantel 31 erhitzt, während er durch die Drehung der Rührwelle 32, wie oben beschrieben, gerührt wird. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wird das getrocknete Produkt aus einem Auslassabschnitt 30b im unteren Teil des Tanks 30 ausgetragen.
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In dieser Ausführungsform ist auch ein Dampfpfad innerhalb der Rührwelle 32 ausgebildet, obwohl er in den Zeichnungen nicht im Detail dargestellt ist. Diesem Dampfpfad wird der Dampf zum Erhitzen von der Dampfsteuerungsvorrichtung 92 über einen Dampfpfad 70 zugeführt. Auf diese Weise rührt die Rührwelle 32 die Abfälle und erwärmt sie gleichzeitig durch die Wärme aus dem Inneren der Welle. Das aus dem kondensierten Dampf gewonnene Abwasser wird über den Dampfpfad 70 in die Dampfsteuerungsvorrichtung 92 zurückgeführt.
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Am oberen Teil des Behälters 30, in dem die Abfälle erhitzt werden, sind Führungsabschnitte 30c vorgesehen, die den von den erhitzten Abfällen erzeugten Dampf zu einem Kondensationsabschnitt 33 leiten, so dass sie aus dem Behälter 30 herausragen. Die Führungsabschnitte 30c sind jeweils an einem Ende und am anderen Ende des Tanks 30 in Längsrichtung angeordnet. Der Kondensationsabschnitt 33 umfasst eine Vielzahl von Kühlrohren 33b, die von einem Paar von Köpfen 33a gehalten werden. Zwischen dem Satz Kühlrohre 33b und einem später beschriebenen Kühlturm 38 ist ein Kühlkanal 38a vorgesehen.
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Der Kühlturm 38 umfasst: einen Wasseraufnahmetank 38b, in den das aus dem Kondensationsabschnitt 33 abgegebene Kühlwasser fließt; eine Ansaugpumpe 38c, die das Kühlwasser aus dem Wasseraufnahmetank 38b ansaugt; und eine Düse 38d, die das angesaugte Kühlwasser versprüht. Das aus der Düse 38d gespritzte Kühlwasser fließt durch einen abwärts fließenden Abschnitt 38e nach unten und wird dabei von einem Gebläse 38f durchgeblasen, das die Temperatur des Kühlwassers senkt. Anschließend fließt das Kühlwasser wieder in den Wasserauffangbehälter 38b.
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Auf diese Weise wird das vom Kühlturm 38 gekühlte Kühlwasser durch eine Kühlwasserpumpe 38g gefördert und über den Kühlkanal 38a in den Kondensationsabschnitt 33 zurückgeführt. Während des Durchlaufs durch die Vielzahl von Kühlrohren 33b wird die Temperatur des Kühlwassers durch Wärmeaustausch mit dem aus den Abfällen erzeugten Dampf erhöht, wie oben beschrieben. Anschließend wird das Kühlwasser über den Kühlkanal 38a wieder in den Kühlturm 38 zurückgeführt. Das heißt, das Kühlwasser zirkuliert durch den Kühlkanal 38a zwischen dem Kondensationsabschnitt 33 und dem Kühlturm 38.
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Neben dem zirkulierenden Kühlwasser fließt auch dampfkondensiertes Wasser in den Kühlturm 38, das durch die erhitzten Abfälle erzeugt und im Kondensationsabschnitt 33 kondensiert wird. Das heißt, das im Kondensationsabschnitt 33 erzeugte Kondenswasser wird im Kondensationsabschnitt 33 und in einer Verbindungsleitung 35 zurückgehalten. In dieser Ausführungsform ist eine Vakuumpumpe 36 über den Verbindungskanal 35 mit dem Kondensationsabschnitt 33 verbunden, um den Druck im Tank 30 zu verringern.
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Wenn also die Vakuumpumpe 36 arbeitet, werden Luft und Kondenswasser aus dem Kondensationsabschnitt 33 über den Verbindungskanal 35 angesaugt, und außerdem werden Luft und Dampf im Tank 30 über die Führungsabschnitte 30c und die Verbindungskanäle 34 zum Kondensationsabschnitt 33 angesaugt. Dementsprechend wird das kondensierte Wasser von der Vakuumpumpe 36 aus dem Kondensationsabschnitt 33 angesaugt und von der Vakuumpumpe 36 über eine erste Wasserleitung in den Wasseraufnahmebehälter 38b des Kühlturms 38 geleitet.
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Anschließend wird das in den Wasserauffangbehälter 38b des Kühlturms 38 eingeleitete Kondenswasser mit dem Kühlwasser vermischt. Das gemischte Kühlwasser wird, wie oben beschrieben, von der Ansaugpumpe 38c angesaugt, um von der Düse 38d versprüht zu werden. Nach der Besprühung fließt das Kühlwasser durch den abwärts fließenden Abschnitt 38e nach unten und wird dabei abgekühlt. Da das kondensierte Wasser die gleichen Mikroorganismen enthält wie die, die dem Abfall im Tank 30 zugesetzt wurden, ist eine im kondensierten Wasser enthaltene Geruchskomponente oder ähnliches abgebaut worden. Daher wird der Geruch nicht nach außen abgegeben.
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-Arbeitsweise des Gärtrockners-
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Hier wird der Betrieb des oben beschriebenen Gärtrockners 3 beschrieben. Die im Tank 30 gelagerten organischen Abfälle werden durch Heizdampf erhitzt, der dem Heizmantel 31 (und den Dampfwegen wie der Rührwelle 32) zugeführt wird, während sie durch die Rotation der Rührwelle 32 gerührt werden. Die Temperatur des Heizdampfes, der von der Dampfsteuerungsvorrichtung 92 zugeführt wird, beträgt vorzugsweise etwa 140 °C.
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Die Abfälle werden von außen durch den Heizmantel 31, der das Innere des Tanks 30 umgibt, sowie von innen durch die Rührwelle 32 und dergleichen erwärmt. So wird die Temperatur der Abfälle effektiv erhöht, während die Abfälle durch die Rührwelle 32 gerührt werden. Da außerdem der Druck im Tank 30 durch den Betrieb der Vakuumpumpe 36 verringert wird, wird der Siedepunkt im Tank 30 gesenkt, was die Verdampfung von Wasser und damit die Trocknung der Gärung fördert.
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Vorzugsweise dauert die Gärtrocknung durch den Gärtrockner 3 in einem Schritt z.B. 2 Stunden. Zunächst werden die Abfälle 30 Minuten lang vergoren. Wenn das Innere des Tanks 30 auf -0,06 bis -0,07 MPa (Überdruck, im Folgenden wird diese Einheitsbezeichnung weggelassen) dekomprimiert wird, wird die Wassertemperatur im Inneren des Tanks 30 auf 76 bis 69 °C (Sattdampftemperatur) gehalten. Dadurch wird die Vergärung und der Abbau der Abfälle hauptsächlich durch die unten beschriebenen Mikroorganismen gefördert.
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Anschließend werden die vergärenden Abfälle 1,5 Stunden lang getrocknet. Zu diesem Zweck wird das Innere des Behälters 30 weiter auf -0,09 bis -0,10 MPa dekomprimiert, so dass die Wassertemperatur im Inneren des Fasses auf 46 bis 42 °C (Sattdampftemperatur) gehalten wird. Auf diese Weise wird die Trocknung der organischen Abfälle ausreichend gefördert. Was die Mikroorganismen betrifft, die den organischen Abfällen im Tank 30 zum Zeitpunkt der Trocknungsbehandlung zugesetzt werden, so werden vorzugsweise komplexe wirksame Mikroorganismen verwendet, die im Voraus unter Verwendung einer Vielzahl von Arten einheimischer Mikroorganismen als Grundlage gezüchtet werden, wie in Patentdokument 2 beschrieben. Das heißt, Gruppen von sogenannten SHIMOSE 1, SHIMOSE 2 und SHIMOSE 3 haben die Mehrheit der Kolonie.
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SHIMOSE 1 hat hier die Hinterlegungsnummer FERM BP-7504 (international hinterlegt beim Patent Microorganisms Depository of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology and the National Institute of Bioscience and Human-Technology of the Ministry of Economy, Trade and Industry (1-1-3 Higashi, Tsukuba, Ibaraki, Japan) am 14. März 2003). SHIMOSE 2 hat die Zugangsnummer FERM BP-7505 (international hinterlegt wie SHIMOSE 1), ein Mikroorganismus der Gattung Pichiafarinosa, der salztolerant ist. SHIMOSE 3 hat die Hinterlegungsnummer FERM BP-7506 (international auf die gleiche Weise wie SHIMOSE 1 hinterlegt), bei dem es sich um einen Mikroorganismus der Gattung Staphylococcus handelt.
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-Fremdstoffabscheider-
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Wie in 3 schematisch dargestellt, umfasst ein Fremdstoffabscheider 4 einen Magnetabscheider 42 und eine Vibrationsfördermaschine 43. Der Magnetabscheider 42 ist z.B. eine hängende Vorrichtung und wird über einem Entladeförderer 41 aufgehängt. Der Magnetabscheider 42 zieht mit Hilfe von Magneten magnetische Stoffe wie Beschläge und Eisenteile (in 3 als schwarze Kreise dargestellt) aus dem getrockneten Produkt an, das vom Austragsförderer 41 transportiert wird, und entlädt die angezogenen Stoffe kontinuierlich über ein Band 41b, das sich zwischen den jeweiligen Riemenscheiben 41a bewegt. Auf diese Weise entfernt der Magnetabscheider 42 die Metalle wie Beschläge und Eisenteile, die mit dem getrockneten Produkt vermischt sind.
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Die Vibrationsfördermaschine 43 umfasst eine Grundfläche 43a und einen Vibrationsmotor 43b, der die Grundfläche 43a in Schwingungen versetzt. Die Vibrationsfördermaschine 43 wird von einer unteren Basis 43d über eine Vielzahl von (zum Beispiel vier) Schraubenfedern 43c getragen. Außerdem ist die Grundfläche 43a in einem Zustand vorgesehen, in dem sie schräg nach unten geneigt ist.
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Auf diese Weise wird die Vibrationssiebmaschine 43 durch die Spiralfedern 43c in einem schwimmenden Zustand in Bezug auf die untere Basis 43d gehalten. So wird das getrocknete Produkt, aus dem die Metalle durch den Magnetabscheider 42 entfernt wurden, durch den Antrieb des Vibrationsmotors 43b in Schwingungen versetzt und nach vorne und unten transportiert. Anschließend wird das getrocknete Produkt einem Brennstoffzufuhrpfad 90 (siehe 1) des Dampfkessels 7 zugeführt.
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-Dampfkessel-
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4 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Dampfkessels (Kesselausrüstung) 7 zeigt. 6 ist eine Querschnittsansicht des Dampfkessels 7, die entlang der Linie IV-IV von 4 aufgenommen ist. Der Dampfkessel 7 umfasst: einen Verbrennungsofen 100; einen Brenner (Verbrennungsvorrichtung) 8, der auf der rechten Seite des Verbrennungsofens 100 in 4 angeordnet ist; und einen Wärmetauscher 140, der in dem Verbrennungsofen 100 angeordnet ist. Die Konfiguration des Brenners 8 wird nun beschrieben.
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-Brenner-
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5 ist eine Längsschnittansicht, die die Konfiguration des Brenners 8 zeigt. In den 4 und 5 verbrennt der Brenner (Verbrennungsvorrichtung) 8 den Brennstoff, bei dem es sich um das volumenreduzierte getrocknete Produkt (organische Abfälle) handelt, das durch den Gärtrockner 3 behandelt wurde.
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Der Brenner 8 umfasst einen Zylinderkörper 80 und einen Verbrennungszylinder 81. Der Zylinderkörper 80 und der Verbrennungszylinder 81 führen die Primärverbrennung bzw. die Sekundärverbrennung des Brennstoffs durch. Der Zylinderkörper 80 umfasst einen Außenzylinder 82 und einen Innenzylinder 83, die die gleiche Achse haben und sich drehen können. Der Außenzylinder 82 und der Innenzylinder 83 weisen eine Doppelstruktur auf, bei der der Außenzylinder 82 den Innenzylinder 83 abdeckt und umgibt, wobei ein vorbestimmter Raum dazwischen liegt. Der Innenraum des Innenzylinders 83 ist eine primäre Verbrennungskammer 83C, in der die primäre Verbrennung von Kraftstoff durchgeführt wird. Der zylinderförmige Verbrennungszylinder 81 ist mit einer Öffnung des Zylinderkörpers 80 verbunden. Der Innenraum des Verbrennungszylinders 81 ist eine Sekundärbrennkammer 81C, in der die Sekundärverbrennung von Kraftstoff erfolgt. Die sekundäre Verbrennungskammer 81C ist ein Raum zum Auffangen des Kraftstoffs, der der primären Verbrennung in der primären Verbrennungskammer 83C des inneren Zylinders 83 unterzogen wurde und der in die sekundäre Verbrennungskammer 81C des Verbrennungszylinders 81 bewegt wird, und zum Verbrennen dieses aufgefangenen Kraftstoffs bei einer höheren Temperatur (sekundäre Verbrennung). Die Innenwand des Verbrennungszylinders 81 ist mit hitzebeständigem Material 81a bedeckt, um der Verbrennung des Kraftstoffs bei hohen Temperaturen zu widerstehen.
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Der Raum zwischen dem äußeren Zylinder 82 und dem inneren Zylinder 83 ist ein Luftkanal 85. In dem Luftkanal 85 ist eine Entlüftungsöffnung 86 vorgesehen. Die Entlüftungsöffnung 86 ist über einen Luftzufuhrweg 87 mit einer Luftzufuhröffnung 87a verbunden. Der Luftzufuhröffnung 87a wird durch die Rotation eines Gebläses 88 Außenluft zugeführt. Die Außenluft strömt also von der Luftzufuhröffnung 87a über den Luftzufuhrpfad 87 und den Luftauslass 86 in den Luftkanal 85. Mehrere Lufteinlässe 83a sind am Außenumfang des Innenzylinders 83 ausgebildet, und die Lufteinlässe 83a stehen mit dem Luftkanal 85 in Verbindung. Daher strömt die Luft, die durch den Luftkanal 85 strömt, durch die Lufteinlässe 83a und wird so in die Primärbrennkammer 83C des Innenzylinders 83 geleitet.
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Andererseits ist der Verbrennungszylinder 81 mit einer Luftzufuhröffnung 81b versehen, die das hitzebeständige Material 81a durchdringt, um die Sekundärbrennkammer 81C mit der Außenwelt zu verbinden. Der Luftzufuhröffnung 81b wird durch die Rotation eines Gebläses 89 Außenluft zugeführt. Das heißt, die Luft wird der sekundären Verbrennungskammer 81C direkt von der Luftzufuhröffnung 81b zugeführt, und zwar unabhängig von der Luft, die der primären Verbrennungskammer 83C zugeführt wird (ohne Bezug zu dieser). Wenn die Luftmenge, die der sekundären Verbrennungskammer 81C direkt von der Luftzufuhröffnung 81b zugeführt wird, erhöht wird, kann der Brennstoff, nachdem er der primären Verbrennung unterzogen wurde, als sekundäre Verbrennung in der sekundären Verbrennungskammer 81C bei einer höheren Temperatur mit der hohen Luftmenge im Vergleich zur primären Verbrennung in der primären Verbrennungskammer 83C verbrannt werden. So wird die Sekundärverbrennung optimal durchgeführt.
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An dem dem Verbrennungszylinder 81 des Brenners 8 gegenüberliegenden Ende ist der Brennstoffzuführungsweg 90 angeordnet, dem der Brennstoff zugeführt wird. Ein sich in horizontaler Richtung erstreckender Brennstoffzuführungspfad 95 ist mit dem Brennstoffzuführungspfad 90 verbunden, und das linke Ende des Brennstoffzuführungspfads 95 (in 5) steht mit der Primärbrennkammer 83C des Innenzylinders 83 in Verbindung. Außerdem ist der Kraftstoffzufuhrweg 95 mit einer Förderschnecke 96 versehen. Ein Motor 97 ist mit dem rechten Ende (in 5) der Förderschnecke 96 verbunden, um die Förderschnecke 96 in Drehung zu versetzen. Durch diesen Drehantrieb der Förderschnecke 96 mit einer Vielzahl von Schaufeln 96a, die am Außenumfang der Förderschnecke 96 vorgesehen sind, wird der vom Kraftstoffzuführungsweg 90 zugeführte Kraftstoff (getrocknetes Produkt) durch den Kraftstoffzuführungsweg 95 zur Primärverbrennungskammer 83C des Innenzylinders 83 befördert.
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Ein Motor 94 ist an der Seite des Zylinderkörpers 80 in Bezug auf den Kraftstoffzufuhrweg 90 vorgesehen. Ein Zylinderteil 96b der Förderschnecke 96 ist über zwei Riemenscheiben 99a und 99b und einen um die Riemenscheiben 99a und 99b gewickelten Riemen 99c mit einer Antriebswelle 94a des Motors 94 verbunden. So werden der Zylinderteil 96b der Förderschnecke 96 und der Innenzylinder 83 durch den Motor 94 in Drehung versetzt. Da der Innenzylinder 83 auf diese Weise gedreht wird, wird der Kraftstoff in der Primärbrennkammer 83C des Innenzylinders 83 in Rotation versetzt und verbrannt. Auf diese Weise kommt der Kraftstoff gleichmäßig mit der Luft und der Flamme in Kontakt, was die Primärverbrennung in der Primärbrennkammer 83C beschleunigt. Die Lager 98 ermöglichen die Drehbewegung des Zylinderteils 96b der Förderschnecke 96.
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In dem oben beschriebenen Brenner 8 wird der aus dem Brennstoffzuführungsweg 90 zugeführte Brennstoff über den Brennstoffzuführungsweg 95 in die Primärbrennkammer 83C des Innenzylinders 83 gefördert, während die Luft aus der Luftzuführungsöffnung 87a über den Luftkanal 85 und die Lufteinlässe 83a in die Primärbrennkammer 83C des Innenzylinders 83 einströmt. Auf diese Weise wird der Kraftstoff durch Zündung eines in der Primärbrennkammer 83C befindlichen Zünders (nicht dargestellt) einer Primärverbrennung unterzogen. Während der Primärverbrennung wird die Verbrennungstemperatur durch die Luftmenge, die durch die Lufteinlässe 83a strömt, auf eine vorgegebene Temperatur erhöht.
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Der Kraftstoff, dessen Temperatur durch die Primärverbrennung auf die vorgegebene Temperatur erhöht wurde, bewegt sich zur Sekundärverbrennungskammer 81C des Verbrennungszylinders 81 und strömt in diese. Da die von der Luftzufuhröffnung 81b kommende Außenluft in die Sekundärbrennkammer 81C strömt, wird der Kraftstoff in der Sekundärbrennkammer 81C bei einer hohen Temperatur von mindestens 800 °C durch diese Luft weiter verbrannt. Diese Verbrennung ist eine Sekundärverbrennung. Der Brennstoff wird bei der Sekundärverbrennung vollständig verbrannt. Auf diese Weise bleiben keine organischen Bestandteile zurück, und es entsteht anorganischer Abfall.
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Auf diese Weise wird der Brennstoff im Brenner 8 durch die Aufeinanderfolge der Primärverbrennung, bei der der Brennstoff in der Primärbrennkammer 83C des Innenzylinders 83 verbrannt wird, und der Sekundärverbrennung, bei der der Brennstoff nach der Primärverbrennung in der Sekundärbrennkammer 81C des Verbrennungszylinders 81 vollständig verbrannt wird, vollständig verbrannt. Auf diese Weise wird der organische Abfall zuverlässig verbrannt und in anorganischen Abfall umgewandelt.
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-Verbrennungsofen-
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Hier wird eine weitere Konfiguration des Dampfkessels 7 unter Bezugnahme auf die 4, 6 und 7 beschrieben. Der Verbrennungsofen 100 hat drei dicke Wände (eine Vorderwand 110a, eine Rückwand 110b und eine Bodenwand 110c). Ein großvolumiger Innenraum des Verbrennungsofens 100 wird von diesen drei Wänden, den linken und rechten Seitenwänden 110d und 110e sowie einer Dachwand 110f gebildet. Der Innenraum hat also von der Seite gesehen die Form eines Rechtecks. Die Höhe der Rückwand 110b ist etwa halb so hoch wie die Höhe der Vorderwand 110a. Hinter der Rückwand 110b (auf der linken Seite in 4) ist eine zweite Rückwand 110g angeordnet. Die zweite Rückwand 110g erstreckt sich auf die gleiche Höhe wie das obere Ende der Vorderwand 110a. Das untere Ende der zweiten Rückwand 110g ist über eine zweite Bodenwand 110h mit dem oberen Ende der Rückwand 110b verbunden. Dadurch wird oberhalb der zweiten Bodenwand 110h ein kleinvolumiger Innenraum gebildet. Der kleinvolumige Innenraum und der großvolumige Innenraum bilden eine Brennkammer 100F im Verbrennungsofen 100. Zur Erläuterung wird in der Brennkammer 100F der Innenraum oberhalb der Bodenwand 110c im Folgenden als „erste Brennkammer 110F“ bezeichnet, während der Innenraum oberhalb der zweiten Bodenwand 110h im Folgenden als „zweite Brennkammer 120F“ bezeichnet wird. Die Wände 110a bis 110f bestehen z.B. aus feuerfesten Steinen, die einer hohen Temperatur von etwa 1000°C standhalten.
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Im unteren Teil der Vorderwand 110a ist eine Öffnung 111 ausgebildet. Die Öffnung 111 befindet sich in der Mitte zwischen der linken Seitenwand 110d und der rechten Seitenwand 110e. Der Brenner 8 ist direkt mit der Öffnung 111 verbunden, so dass die sekundäre Brennkammer 81C des Verbrennungszylinders 81 des Brenners 8 der ersten Brennkammer 110F des Verbrennungsofens 100 gegenüberliegt. Die Form der Öffnung 111 ist so gestaltet, dass sie die gleiche Form wie der Verbrennungszylinder 81 der Sekundärbrennkammer 81C des Brenners 8 hat. Somit ist die Sekundärbrennkammer 81C des Brenners 8 über die Öffnung 111 mit der Brennkammer 100F des Verbrennungsofens 100 verbunden, und der Brennstoff wird sowohl in der Sekundärbrennkammer 81C des Brenners 8 als auch in der Brennkammer 100F (der ersten Brennkammer 110F und der zweiten Brennkammer 120F) des Verbrennungsofens 100 einer Sekundärverbrennung unterzogen. Die Verbrennungstemperatur des Brennstoffs beträgt z.B. etwa 800 °C. In 4 ist die Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der ersten Brennkammer 110F erzeugt wird, durch das Bezugszeichen „F“ gekennzeichnet.
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In der zweiten Rückwand 110g der zweiten Brennkammer 120F ist eine Gasauslassöffnung 120a ausgebildet, die das Abgas des Brennstoffs ausstößt. Die Gasauslassöffnung 120a befindet sich in einer mittleren Position zwischen der linken Seitenwand 110d und der rechten Seitenwand 110e. Somit wird das durch die sekundäre Verbrennung in der sekundären Verbrennungskammer 81C des Brenners 8 und in der Verbrennungskammer 100F (der ersten Verbrennungskammer 110F und der zweiten Verbrennungskammer 120F) des Verbrennungsofens 100 erzeugte Abgas aus der Gasauslassöffnung 120a der zweiten Rückwand 110g ausgestoßen.
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-Wärmetauscher-
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Der am Verbrennungsofen 100 vorgesehene Wärmetauscher 140 erhitzt Wasser unter Verwendung von Verbrennungsenergie, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Verbrennungskammer 100F (der ersten Verbrennungskammer 110F und der zweiten Verbrennungskammer 120F) des Verbrennungsofens 100 erzeugt wird, um Dampf mit hoher Temperatur zu erzeugen. Der vom Wärmetauscher 140 erzeugte Heizdampf wird über den Dampfweg 70 der Dampfregeleinrichtung 92 zugeführt und von dieser Dampfregeleinrichtung 92 dem Gärtrockner 3 (z.B. dem Heizmantel 31 des Tanks 30) zugeführt.
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Im Einzelnen umfasst der Wärmetauscher 140: ein Wasserrohrsystem 141, eine Dampf-Wasser-Trommel 142 und eine Wassertrommel 143. 7 ist eine Vorderansicht, die den aus dem Dampfkessel 7 herausgenommenen Wärmetauscher 140 zeigt, um die Verbindungsbeziehung zwischen dem Wasserrohrsystem 141, der Dampf-Wasser-Trommel 142 und der Wassertrommel 143 zu verdeutlichen. In 7 ist der linke Teil der Dampf-Wasser-Trommel 142, der sich oberhalb der Wassertrommel 143 befindet, weggelassen. Nachfolgend wird der Aufbau des Wärmetauschers 140 unter Bezugnahme auf die 4, 6 und 7 beschrieben.
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Das Wasserrohrsystem 141 des Wärmetauschers 140 umfasst eine Anzahl von ersten Wasserrohren 144. Wasser fließt durch die ersten Wasserrohre 144 und verdampft durch die Verbrennungsenergie des Brennstoffs in der ersten Brennkammer 110F und der zweiten Brennkammer 120F. Jedes der ersten Wasserrohre 144 erstreckt sich von der Position auf der Höhe des oberen Teils der Rückwand 110b entlang der jeweiligen Innenflächen der beiden Seitenwände 110d und 110e nach oben, wie in 6 dargestellt. Jedes der ersten Wasserrohre 144 ist von der Dachwand 110f weiter in Richtung des Mittelteils des Verbrennungsofens 100 gebogen, und das obere Ende davon steht mit der Dampf-Wasser-Trommel 142 in Verbindung. Wie aus 6 ersichtlich, ist die Mehrzahl der ersten Wasserrohre 144 in der Brennkammer 100F innerhalb eines wärmeisolierenden Materials 114 angeordnet, das an den jeweiligen Innenwänden der beiden Seitenwände (Baukörper) 110d und 110e vorgesehen ist. Zwischen der Mehrzahl der ersten Wasserrohre 144 und dem wärmeisolierenden Material 114 sind feuerfeste Steine 115 eingefügt.
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Die Dampf-Wasser-Trommel 142 ist eine Trommel mit kreisförmigem Querschnitt, in die Dampf strömt. Der Dampf wird durch Verdampfen des Wassers erzeugt, das durch die ersten Wasserrohre 144 fließt. Die Dampf-Wasser-Trommel 142 befindet sich in einer mittleren Position zwischen der linken Seitenwand 110d und der rechten Seitenwand 110e und ist außerdem so angeordnet, dass sie die erste Brennkammer 110F und die zweite Brennkammer 120F abdeckt. Wie in 4 dargestellt, befindet sich die untere Hälfte der Dampf-Wasser-Trommel 142 in der ersten Brennkammer 110F und der zweiten Brennkammer 120F, und die obere Hälfte davon befindet sich oberhalb der Dachwand 110f. Eine Dampföffnung 142a ist im mittleren Teil der Dampf-Wasser-Trommel 142 nach vorne und hinten hin geöffnet. Der in der Dampfwassertrommel 142 angesammelte Dampf wird von der Dampföffnung 142a über den Dampfpfad 70 zur Dampfsteuerungsvorrichtung 92 geleitet. Am vorderen und hinteren Ende der Dampf-Wasser-Trommel 142 sind jeweils Fenster 142c angeordnet, um z.B. das Verhältnis der Dampfmenge zur Wassermenge im Inneren zu überprüfen.
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Die Wassertrommel 143 ist dagegen eine Trommel mit kreisförmigem Querschnitt, in der das den ersten Wasserrohren 144 zuzuführende Wasser gespeichert wird. Wie die Dampf-Wasser-Trommel 142 ist auch die Wassertrommel 143 in einer mittleren Position zwischen der linken Seitenwand 110d und der rechten Seitenwand 110e angeordnet. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die Wassertrommel 143 an der zweiten Bodenwand 110h nur zwischen dem oberen Teil der Rückwand 110b und dem unteren Teil der zweiten Rückwand 110g (d.h. der Position unter der zweiten Brennkammer 120F) angeordnet, d.h. die Wassertrommel 143 befindet sich nicht zwischen der Vorderwand 110a und der Rückwand 110b. Eine Vielzahl von Eisenrahmen 148 ist in einem Raum unter der Wassertrommel 143 angeordnet, d.h. in einem Unterraum hinter der ersten Brennkammer 110F (auf der linken Seite in 4). Wie in 6 gezeigt, stützt die Vielzahl von Eisenrahmen 148 die Wassertrommel 143 am linken und rechten unteren Ende der zweiten Rückwand 110g.
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Das Wasser wird der Wassertrommel 143 von außen zugeführt. Das System der Wasserzufuhr wird nun wie folgt beschrieben. In der Dampf-Wasser-Trommel 142 sind jeweils an beiden Enden in vorderer und hinterer Richtung (in 4 in linker und rechter Richtung) Wasserzufuhröffnungen 142b ausgebildet. Das Wasser wird aus den Wasserzuführungsöffnungen 142b in die Dampf-Wasser-Trommel 142 eingeleitet. Zwei zweite Wasserrohre 145 sind jeweils mit der unteren Endfläche der Dampf-Wasser-Trommel 142 verbunden. Die beiden zweiten Wasserrohre 145 sind direkt hinter der Vorderwand 110a in der ersten Brennkammer 110F angeordnet und erstrecken sich von der Dampfwassertrommel 142 in Richtung der linken und rechten Seitenwände 110d und 110e (in vertikaler Richtung in 7) und weiter nach unten (siehe 4). Somit haben die zweiten Wasserrohre 145 jeweils eine im Wesentlichen L-Form.
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Außerdem sind in der Nähe der Wassertrommel 143 zwei dritte Wasserrohre 146 horizontal auf der Höhe des Mittelteils der Wassertrommel 143 in vorderer und hinterer Richtung (in 4 in linker und rechter Richtung) angeordnet. Die dritten Wasserrohre 146 erstrecken sich jeweils so, dass ihre vorderen Enden (rechte Enden in 7) etwas vor den zweiten Wasserrohren 145 liegen und dass ihre hinteren Enden in der Nähe des hinteren Endes der Wassertrommel 143 liegen (siehe 7). Die unteren Enden der beiden zweiten Wasserrohre 145 sind jeweils mit den beiden dritten Wasserrohren 146 an den Stellen nahe den vorderen Enden der dritten Wasserrohre 146 verbunden. Auch die unteren Enden der zahlreichen ersten Wasserrohre 144, die an der Innenwand der Brennkammer 100F (der ersten Brennkammer 110F und der zweiten Brennkammer 120F) vorgesehen sind, sind zu den dritten Wasserrohren 146 hin geöffnet. Außerdem sind vier vierte Wasserrohre 147 (siehe 7) mit den hinteren Teilen der beiden dritten Wasserrohre 146 verbunden. Die vierten Wasserrohre 147 sind jeweils auch mit der Wassertrommel 143 verbunden. Die Umfänge der Wassertrommel 143 und der vierten Wasserrohre 147 sind durch das wärmeisolierende Material 114 abgedeckt.
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So wird das von den Wasserzufuhröffnungen 142b in die Dampf-Wasser-Trommel 142 gelieferte Wasser über die zweiten Wasserrohre 145, die dritten Wasserrohre 146 und die vierten Wasserrohre 147 weiter zur Wassertrommel 143 befördert und dort zwischengespeichert. Inzwischen fließt das Wasser auch aus den dritten Wasserrohren 146 in die unteren Teile der zahlreichen ersten Wasserrohre 144 und fließt durch die ersten Wasserrohre 144 nach oben. Während es durch die ersten Wasserrohre 144 nach oben fließt, nimmt das Wasser die Verbrennungsenergie des Brennstoffs in der Verbrennungskammer 100F (der ersten Verbrennungskammer 110F und der zweiten Verbrennungskammer 120F) auf und verwandelt sich so in Dampf. Der Dampf sammelt sich in der Dampf-Wasser-Trommel 142 und wird von der Dampföffnung 142a über den Dampfpfad 70 der Dampfsteuerungsvorrichtung 92 zugeführt.
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Die Dampfregeleinrichtung 92 führt dem Gärtrockner 3 über den Dampfweg 70 einen Teil des über den Dampfweg 70 geförderten Dampfes zu, um den Heizmantel 31 des peripheren Wandteils des Behälters 30 des Gärtrockners 3 zu beheizen. Die Dampfregeleinrichtung 92 liefert auch den restlichen Teil des geförderten Dampfes an den elektrischen Dampferzeuger 91.
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Der Dampfelektrizitätsgenerator 91 besteht beispielsweise aus einem Dampfturbinengenerator, der mit dem zugeführten Dampf Strom erzeugt. Ein Teil der erzeugten elektrischen Energie wird dem Gärtrockner 3 zugeführt, um als Antriebsenergie des Gärtrockners 3 genutzt zu werden. Der verbleibende Teil des erzeugten Stroms wird an ein Elektrizitätswerk geliefert.
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Im Verbrennungsofen 100 ist die in der zweiten Rückwand 110g ausgebildete Gasauslassöffnung 120a mit einem Auslassweg 150 verbunden. Auf dem Abgasweg 150 ist ein Economizer 151 vorgesehen. Der Economizer 151 gibt im Voraus thermische Energie, die durch das aus der Gasauslassöffnung 120a der zweiten Brennkammer 120F ausgestoßene Abgas erzeugt wird, an das der Dampf-Wasser-Trommel 142 zuzuführende Wasser ab, so dass die Temperatur des Wassers beispielsweise auf 100 °C erhöht wird.
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Außerdem ändert der Abflussweg 150 seine Richtung in die seitliche Richtung stromabwärts des Economizers 151. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist der seitliche Austragsweg 150 mit einem Schlauchfilter, einem Wasserwäscher, einem Gebläse und dergleichen versehen. Der Schlauchfilter sammelt die Flugasche im Abgas, das in den Abgasweg 150 strömt. Der Wasserwäscher versprüht Wasser, um z.B. im Abgas enthaltene Chlorkomponenten zu entfernen. An das untere Ende des Abgasweges 150 ist ein Kamin (nicht dargestellt) angeschlossen, der nach oben führt. Das Abgas wird durch den Schornstein in die Atmosphäre abgeleitet.
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Wie oben beschrieben, wird in dieser Ausführungsform das vom Gärtrockner 3 gewonnene getrocknete Produkt als Brennstoff in die Primärbrennkammer 83C des Brenners 8 im Dampfkessel 7 geleitet. Das getrocknete Produkt wird in der Primärbrennkammer 83C erhitzt und der im getrockneten Produkt enthaltene brennbare Anteil wird primär verbrannt. Das erzeugte Verbrennungsgas wird in einem Verbrennungsraum weiterverbrannt, der durch die Integration der kleinvolumigen Sekundärbrennkammer 81C des Verbrennungszylinders 81 mit der großvolumigen Brennkammer 100F (der ersten Brennkammer 110F und der zweiten Brennkammer 120F) des Verbrennungsofens 100 über die Öffnung 111 entsteht. Auf diese Weise wird die Sekundärverbrennung bei der hohen Temperatur von etwa 800 °C mit der großen Menge an Luft durchgeführt, die von der Luftzufuhröffnung 81b der Sekundärbrennkammer 81C des Verbrennungszylinders 81 zugeführt wird. Das Verbrennungsgas aus der Gasauslassöffnung 120a der zweiten Verbrennungskammer 120F wird in die Atmosphäre abgegeben, nachdem es durch den Economizer 151, den Schlauchfilter und dergleichen geleitet wurde.
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In der Zwischenzeit wird das Wasser von außen durch die Aufnahme der Wärmeenergie aus dem Abgas durch den Economizer 151 vorgewärmt, so dass die Temperatur des Wassers z. B. etwa 100 °C erreicht. Dann wird das Wasser von den Wasserzufuhröffnungen 142b in die Dampf-Wasser-Trommel 142 des Wärmetauschers 140 geleitet. Das Wasser fließt weiter durch die zweiten Wasserrohre 145 und die dritten Wasserrohre 146, und ein Teil des Wassers wird in der Wassertrommel 143 zwischengespeichert. Der verbleibende Teil des Wassers fließt durch die große Anzahl der ersten Wasserrohre 144 nach oben. Dabei nimmt das Wasser in den ersten Wasserrohren 144 die Wärmeenergie des Verbrennungsgases auf, das die ersten Wasserrohre 144 umströmt, und wird in Dampf umgewandelt, der in die Dampf-Wasser-Trommel 142 fließt. Auf diese Weise sammelt sich in der Dampf-Wasser-Trommel 142 strömender Dampf, der aus der Dampföffnung 142a austritt und über den Dampfpfad 70 der Dampfsteuerungsvorrichtung 92 zugeführt wird.
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Hier im Dampfkessel 7 ist der Brenner 8 direkt mit der Vorderwand (Wandteil) 110a des Verbrennungsofens 100 verbunden, so dass der Sekundärbrennraum 81C des Brenners 8 über die Öffnung 111 dem Brennraum 100F des Verbrennungsofens 100 zugewandt ist. Somit bilden die Sekundärbrennkammer 81C des Brenners 8 und die Brennkammer 100F (die erste Brennkammer 110F und die zweite Brennkammer 120F) des Verbrennungsofens 100 einen integrierten Verbrennungsraum, der aus beiden Brennkammern besteht. Daher wird der Brennstoff, der primär in der primären Brennkammer 83C des Brenners 8 verbrannt wird, mit der großen Menge an Luft, die von der Luftzufuhröffnung 81b zugeführt wird, bei einer höheren Verbrennungstemperatur sekundär weiter verbrannt. Daher können gute Verbrennungsbedingungen erreicht werden, bei denen fast keine Asche entsteht.
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Im Wärmetauscher 140 des Dampfkessels 7 ist die Wassertrommel 143 so eingestellt, dass sie sich an einer Position oberhalb der Öffnung 111 im unteren Teil der vertikalen Wand 110a befindet, genauer gesagt an einer Position, die ungefähr die Hälfte der Höhe der ersten Brennkammer 110F des Verbrennungsofens 100 beträgt. Das Wasserrohrsystem 141 (d.h. die ersten Wasserrohre 144 bis die vierten Wasserrohre 147) ist nur an einer Position angeordnet, die in Höhenrichtung nicht tiefer liegt als die Position der Wassertrommel 143. Auf diese Weise ist die große Anzahl der ersten Wasserrohre 144 im oberen Teil der ersten Brennkammer 110F des Verbrennungsofens 100 angeordnet, während die direkt mit dem Brenner 8 verbundene Öffnung 111 im unteren Teil der ersten Brennkammer 110F angeordnet ist. Auf diese Weise sind die Komponenten des Dampfkessels 7 verstreut angeordnet, um das Gesamtlayout zu vereinfachen, wobei das Wasserfass 143 in den Wärmetauscher 140 integriert ist. Dadurch ist es möglich, die Verbrennungsenergie des Brennstoffs unter Verwendung einer ausreichenden Wassermenge effizient in Dampf umzuwandeln.
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Außerdem fließt das der Dampf-Wasser-Trommel 142 des Wärmetauschers 140 zugeführte Wasser durch die zweiten Wasserrohre 145 nach unten und dann horizontal in die dritten Wasserrohre 146. Ein Teil des Wassers wird in der Wassertrommel 143 über die vierten Wasserrohre 147 gespeichert, während der verbleibende große Teil des Wassers von den dritten Wasserrohren 146 durch die ersten Wasserrohre 144 nach oben fließt. Während es durch die ersten Wasserrohre 144 nach oben fließt, nimmt das Wasser die Verbrennungsenergie des Brennstoffs auf und verdampft, so dass es sich als Dampf in der Dampf-Wasser-Trommel 142 ansammelt. Daher ist es möglich, die Verbrennungsenergie an die große Wassermenge in der Brennkammer 100F des Verbrennungsofens 100 abzugeben, ohne dass eine Wasserförderpumpe im Wärmetauscher 140 vorgesehen ist, was zu einer effizienten Dampferzeugung führt.
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Darüber hinaus ist im Verbrennungsofen 100 die Öffnung 111, die direkt mit dem Brenner 8 verbunden ist, in der Vorderwand 110a ausgebildet, und die Gasauslassöffnung 120a ist in der zweiten Rückwand 110g ausgebildet. Daher strömt das Verbrennungsgas vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Verbrennungsofens 100, und dementsprechend wird die Verbrennungsenergie des Brennstoffs im Wärmetauscher 140 in Dampf umgewandelt, während die gesamte Brennkammer 100F effektiv genutzt wird. Insbesondere in dieser Ausführungsform, da die Öffnung 111 im unteren Teil der Vorderwand 110a angeordnet ist und die Gasauslassöffnung 120a in dem Teil nahe dem oberen Teil der Verbrennungskammer 100F (insbesondere in der zweiten Rückwand 110g) angeordnet ist, strömt das Verbrennungsgas, das von der Öffnung 111 kommt, während es zu einem Wirbelstrom wird, vom unteren Teil zum oberen Teil der Verbrennungskammer 100F und strömt dann durch die Gasauslassöffnung 120a nach hinten aus. Auf diese Weise kann die Verbrennungsenergie des Brennstoffs effizient an die große Anzahl der ersten Wasserrohre 144 abgegeben werden.
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Außerdem umfasst der Brenner 8 die primäre Verbrennungskammer 83C und die sekundäre Verbrennungskammer 81C, und die Luftzufuhröffnung 81b ist so vorgesehen, dass sie in die sekundäre Verbrennungskammer 81C mündet. Daher wird neben der Luftmenge, die der primären Verbrennungskammer 83C zugeführt wird, die Luft von der Luftzufuhröffnung 81b auch der sekundären Verbrennungskammer 81C des Verbrennungszylinders 81 und der Verbrennungskammer 100F (der ersten Verbrennungskammer 110F und der zweiten Verbrennungskammer 120F) des Verbrennungsofens 100 zugeführt. Daher wird die sekundäre Verbrennung bei einer hohen Temperatur in der sekundären Verbrennungskammer 81 des Brenners 8 und der Verbrennungskammer 100F des Verbrennungsofens 100 durchgeführt, die den integrierten Raum mit der sekundären Verbrennungskammer 81C bildet. Dadurch wird die Sekundärverbrennung optimal durchgeführt.
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Darüber hinaus wird im Brenner 8 des Dampfkessels 7 das getrocknete Produkt, das durch den Gärtrockner 3 unter Unterdruck getrocknet wurde, als Brennstoff in die Primärbrennkammer 83C geleitet. Somit kann das getrocknete Produkt im Dampfkessel 7 verbrannt und verbrannt werden, so dass der Schritt der Abfallentsorgung entfällt.
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Darüber hinaus wird im Dampfkessel 7 der in der Dampf-Wasser-Trommel 142 angesammelte Dampf von der Dampföffnung 142a über den Dampfpfad 70 der Dampfsteuerungsvorrichtung 92 zugeführt, und danach wird der Dampf dem Dampfelektrizitätsgenerator 91 zugeführt, um zur Erzeugung von Elektrizität durch den Dampfelektrizitätsgenerator 91 verwendet zu werden. Ein Teil der durch die Stromerzeugung gewonnenen elektrischen Energie wird dem Gärtrockner 3 zugeführt und für den Antrieb des Gärtrockners 3 verwendet. Dadurch können die Kosten für den Antrieb des Gärtrockners 3 reduziert werden.
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In dieser Ausführungsform wird der Brenner mit der primären Brennkammer 83C und der sekundären Brennkammer 81C als Brenner 8 verwendet. Der Brenner kann jedoch auch nur eine Brennkammer umfassen. In diesem Fall kann der Brenner direkt mit einer Stirnwand 100a verbunden sein, so dass die eine Brennkammer des Brenners der Brennkammer 100F des Verbrennungsofens 100 gegenüberliegt.
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Auch die Öffnung 111 ist in der Vorderwand 100a des Verbrennungsofens 100 ausgebildet. Die Öffnung 111 kann jedoch auch in einem anderen Wandteil wie der Bodenwand 110c ausgebildet sein.
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Darüber hinaus hat der Dampfkessel 7 eine Konfiguration, in der das getrocknete Produkt, das durch den Gärtrockner 3 gewonnen wurde, in der Anlage zur Behandlung organischer Abfälle 1 verbrannt wird. Der Dampfkessel 7 kann jedoch auch für eine Kesselausrüstung zur Verbrennung einer anderen Substanz verwendet werden.
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Die vorstehende Ausführungsform ist in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten. Der technische Umfang der Erfindung wird eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die vorstehende Ausführungsform angegeben, und alle Modifikationen und Änderungen, die in den Bedeutungs- und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen darin eingeschlossen sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist geeignet für eine Kesselausrüstung mit verbesserter Verbrennungseffizienz und ein System zur Behandlung organischer Abfälle, das die Kesselausrüstung umfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System zur Behandlung organischer Abfälle
- 3
- Gärtrockner
- 30
- Tank (luftdichter Behälter)
- 7
- Dampfkessel (Kesselausrüstung)
- 8
- Brenner (Verbrennungseinrichtung)
- 80
- Zylinderkörper
- 81
- Verbrennungszylinder
- 81C
- Sekundärbrennkammer (Brennkammer)
- 83C
- Primäre Brennkammer
- 91
- Dampfelektrischer Generator
- 100
- Verbrennungsofen
- 100F
- Verbrennungskammer
- 110a
- Vorderwand (senkrechte Wand, Wandteil)
- 110b
- Erste Rückwand
- 110g
- Zweite Rückwand (gegenüberliegende vertikale Wand)
- 110F
- Erste Brennkammer
- 120a
- Gasauslassöffnung
- 120F
- Zweite Brennkammer
- 111
- Öffnung
- 140
- Wärmetauscher
- 141
- Wasserrohrsystem
- 142
- Dampf-Wasser-Trommel
- 143
- Wassertrommel
- 144
- Erstes Wasserrohr
- 145
- Zweites Wasserrohr
- 146
- Drittes Wasserrohr
- 147
- Viertes Wasserrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007319738 A [0003]
- JP 4153685 [0003]
