DE1282831B - Spruehverdampfungsofen fuer Klaerschlamm oder sonstige organische Abfaelle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F23g

Deutsche KL: 24d-2

Nummer: 1282 831

Aktenzeichen: P 12 82 831.8-13 (D 52094)

Anmeldetag: 25. Januar 1967

Auslegetag: 14. November 1968

Die Erfindung betrifft einen Sprühverdampfungsofen für Klärschlamm oder sonstige organische Abfälle, welcher eine zylindrische Verbrennungskammer aufweist, in welcher der zu behandelnde Schlamm auf eine Hülle innerhalb der Verbrennungsofen-Innenwand aufgesprüht und der Ringraum mittels eines Heißgases, allenfalls mit Zusatzbrennstoff, aufgeheizt wird. Ein solcher Sprühverdampfungsofen ist in »Chemicals Engineering News« vom 14. September 1964, Seite 79, im Zusammenhang mit einer Anlage beschrieben, bei welcher dem Verbrennungsofen ein Schlammeindicker, eine Zerkleinerungsvorrichtung, ζ. B. eine Mühle, und eine Schlammförderpumpe vorgeschaltet und ein Luftvorwärmer, ein Staubabscheider und ein Schornstein für die Ableitung der geruchfreien Verbrennungsgase nachgeschaltet sind.

Bei der bekannten Sprühverdampfung von Klärschlamm wird der zu behandelnde Schlamm im oberen Teil eines Reaktors fein versprüht, strömt die ao Innenwand einer aus rostfestem Stahl bestehenden Hülle hinab und wird durch einen im Gegenstrom geführten heißen Gasstrom zu Trockenstaub verbrannt. Die gegebenenfalls mit Zusatzbrennstoff beladene Verbrennungsluft wird am Boden des Reaktors in den Innenraum der Hülle eingeleitet, und dem versprühten Schlamm wird Hitze durch das Gemisch von heißen Gasen, Dampf und Trockenstaub zugeführt, das mit hoher Geschwindigkeit am Austritt an der Unterkante der Innenhülle im Ringraum zwisehen dieser und der Ofeninnenwand aufsteigt. Zur Erhitzung trägt auch die exotherme Oxydation der Schlammteilchen im unteren Teil des Reaktors bei. Die innere Stahlhülle sorgt für einen guten Wärmeübergang durch Konvektion und Rückstrahlung auf die Schlammteilchen, so daß unter bestimmten Umständen die Einführung von Zusatzbrennstoff bei laufendem Betrieb überflüssig wird.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß bei diesem Sprühverdampfungsofen sich Schlamm an der Oberfläche der Metallhülle ansetzen kann, der sich immer stärker aufbaut, wenn sich einmal Ansetzungen aus mehr oder weniger unverbranntem Schlamm an der Hülle gebildet haben. Dies beruht offenbar auf der Entstehung unkontrollierter Verwirbelungen in dem Verbrennungsraum. Außerdem besteht die Gefahr einer Versetzung des Ringraumes durch Verbrennungsrückstände, insbesondere,wenn derSchlamm nicht völlig zu Trockenstaub verbrannt ist.

Die USA-Patentschrift 255 925 beschreibt ferner einen Ofen zur Entwässerung und Trocknung tierischer Abfälle zur Gewinnung von Düngemitteln, bei Sprühverdampfungsofen für Klärschlamm oder
sonstige organische Abfälle

Anmelder:

Dorr-Oliver Inc., Stamford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,
6200 Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:
Peter Jeremy Hubbard,
Norwalk, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. Februar 1966 (524 715)

dem eine drehbare Trommel in einer Verbrennungskammer angeordnet ist, so daß die vom Feuerraum kommenden Verbrennungsgase die sich drehende Trommel umstreichen und dann zusammen mit den zu behandelnden Abfällen an der einen Stirnseite in die Trommel eintreten. Die Abfälle werden auf ihrem Durchgang durch die Trommel durch Armkreuze während der Behandlung umgewälzt und treten durch eine zentrische Öffnung am anderen Ende mit den Abgasen und Dämpfen aus der Trommel aus.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei der Sprühverdampfung von Klärschlamm oder sonstigen organischen Abfällen eine geregeltere Führung der Heißgase und des Schlammes oder Abfalles zu erzielen, so daß sich in der Verbrennungskammer eine zyklonartige Rotationsbewegung ergibt, die ein Anhaften von zu behandelnden Teilchen an der Innenwand der Metallhülle verhindert und gewährleistet, daß nur weitgehend zerkleinerte Teilchen aus der Verbrennungskammer ausgetragen werden, während gröbere Teilchen die Rotationsbewegung solange fortsetzen, bis sie weitgehend zerfallen sind.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung einen Sprühverdampfungsofen mit zylindrischer Verbrennungskammer und einer Hülle innerhalb der Verbrennungsofen-Innenwand vor, der gekennzeichnet ist durch eine gegen die Innenwand der Hülle gerichtete axiale um ihre Achse drehbare Sprüheinrichtung für den

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Schlamm, durch in den Ringraum zwischen Innen- Schlammaustrittsöffnungen 20 a angedeutet ist. Inwand des Verbrennungsofens und Hülle einmün- folgedessen ergibt sich ein rotierender Kegel 21 b dende Zuleitungen für Heißgase gegebenenfalls mit (F i g. 2), der progressiv eine geschlossene Umfangs-Zusatzbrennstoff und durch tangentiale Durchtritts- zone der Hülle 23 aus rostfestem Stahl besprüht, öffnungen für heiße Verbrennungsgase unter Druck 5 Führungsrippen 18 α lenken zu der öffnung 20 α und in das Innere der Hülle sowie einen axialen Abgas- bestimmen die Breite des Sprühkegels (F i g. 5). auslaß. Eine Metallhülle 23 (Fig. 1 und 2) aus wärme-Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin- festem, leitfähigem Material, wie rostfestem Stahl, dung besitzt der Ofen ferner mindestens einen in den ist innerhalb der feuerfesten Wand 24 des Ofens an-Ringraum mündenden Sekundärlufteinlaß, der vor- io geordnet. Eine übliche Brennstoffdüse 25, die aus zugsweise mit einer Drosselklappe ausgerüstet ist. einem Rohr 25 α mit Brennstoff und aus einem Rohr Durch den vorzugsweise tangentialen Einlaß der 26 mit Luft gespeist wird, führt das vorzugsweise Heißgase in den Ringraum zwischen Ofeninnenwand vorgeheizte Heißgas bei vorzugsweise 1300° C durch und Metallhülle wird gewährleistet, daß dieser Ring- eine tangentiale Öffnung 27 in den Raum 28 zwiraum frei von Staub bleibt und die Gase bei ihrem 15 sehen der Stahlhülle 23 und der Innenwand des Durchtritt durch die tangentialen Einführungsöffnun- feuerfesten Mantels 24 ein. Dadurch ergibt sich eine gen der Hülle in der Verbrennungskammer einen zyklonartige Wirbelbewegung, und die Stahlhülle zyklonartigen Rotationsstrom erzeugen. Durch die wird auf praktisch dieselbe Temperatur wie die heidrehbare Ausführung der Sprüheinrichtung trifft der ßen Verbrennungsgase erhitzt. In Abstand von dem Schlamm ständig auf andere Umfangsteile der stark 20 Eintritt der Heißgase befinden sich an mehreren Stelerhitzten Metallhülle und wird zugleich von dem len tangentiale Lufteinlässe 27 α (F i g. 2) für die Zu-Zyklongasstrom erfaßt, so daß die Gefahr von An- führung der zum Verbrennen des Schlammes erforsetzungen verhindert ist. Größere Teilchen werden derlichen zusätzlichen Verbrennungsluft. Diese Sekunzunächst in dem Zyklonstrom zurückgehalten, bis sie därluft wird in noch zu beschreibender Weise vordurch den Zerfall während der Schlammzersetzung 25 erhitzt. Die Sekundärlufteinlässe 27 α liegen im Ab- und Reibung aneinander klein genug geworden sind, stand voneinander und von der Heißgasöffnung 27 um sich einwärts zu bewegen und von dem ab- am Umfang in Längsrichtung des Ofens, gehenden Gasstrom mitgerissen zu werden. Diese Die vereinigten heißen Gase setzen ihren Weg in Wirkung wird bei der bevorzugten Ausführungsform dem Ringraum zwischen Hülle und Wand 24 zu den der Erfindung noch durch eine die Abgasöffnung 30 Durchtrittsöffnungen 29 und 30 in der Hülle fort, umgebende axial in das Ofeninnere vorspringende durch welche die heißen Gase in die Verbrennungs-Leiste unterstützt. kammer eintreten, wobei die fortdauernde tangen-Aus der nachstehenden Beschreibung eines bevor- tiale Bewegung eine weitere Wirbelwirkung der Gase zugten Ausführungsbeispieles der Erfindung an Hand ergibt. Diese Öffnungen sind über die Länge und den der Zeichnung sind weitere erzielbare Vorteile er- 35 Umfang der Kammer verteilt und mit einstellbaren sichtlich. Drosselklappen 28 α versehen, die die Luft tangential Fig. 1 ist ein Längsschnitt nach Linie 1-1 in in die Hülle abzweigen, so daß Menge und Ge-F i g. 2 durch den Sprühverdampfungsofen; schwindigkeit und auch die Temperatur der heißen F i g. 2 ist ein Querschnitt nach Linie 2-2 in Gase über die Länge und den Umfang der Verbren-Fig. 1; 40 nungskammer geregelt werden können (Fig. 2).

F i g. 3 zeigt in einem schematischen Fließbild eine Verbrennungs- und Sekundärluft werden von

Verbrennungsanlage unter Anwendung der Erfin- einem Gebläse 31 (Fig. 3) geliefert, das die Luft

dung; durch Leitung 32 zum Vorerhitzer 33 befördert. Von

Fig. 4 ist eine vergrößerte Seitenansicht der hier geht die Sekundärluft durch Leitung 35 zum

Schlammsprühdüse; 45 Sekundärlufteinlaß 27 a.

F i g. 5 ist ein Schnitt nach Linie 5-5 in F i g. 4 An dem der Sprüheinrichtung gegenüberliegenden durch das Düsenende. Ende der Verbrennungskammer (Fig. 1) befindet Organischer Abfall, wie feuchter Klärschlamm, sich ein Abgasauslaß 37, der durch Leitung 38 zum kommt gemäß Fig. 3 von einem üblichen Eindicker Wärmetauscher 33 und von dort zu einem Zyklon39 oder über eine Zerkleinerungsmühle 11 und Pumpe 50 führt, wo Asche aus den Abgasen abgetrennt wird, 11 α zu einer Zentrifuge 12, worin der Schlamm zu bevor diese zum Schornstein gehen (F i g. 3). Der einem Kuchen von einem Feststoffgehalt zwischen Unterlauf des Zyklons geht zum einen Aschenkasten 20 und 50 % entwässert wird. Darauf wird der 41. Der Abgasauslaß ist von einer nach innen vor-Schlammkuchen mittels einer Moynopumpe 13 unter springenden feuerfesten Leiste 42 umgeben, die zuDruck in die Düse 14, und zwar durch ein äußeres 55 sammen mit der Stahlhülle 23 eine Umlaufzone für Schlammrohr 16 (Fig. 1,4) gegen die Stirnplatte 17 übergroße Ascheteilchen begrenzt, gefördert. Das Rohr 16 sitzt gleitbar in der Wand24 Ein Antriebsmechanismus (Fig. 1) mit einer auf des Ofenmantels (F i g. 1), ist jedoch gegen Drehung das Druckluftrohr 21 aufgesetzten Riemenscheibe 43 gesichert. Ein Druckluftrohr 21 ist drehbar konzen- wird über einen Riemen 44 von der Scheibe 46 eines trisch im Schlammrohr 16 eingebaut. Die in Fig. 4 60 Motors 47 von regelbarer Geschwindigkeit getrie- und 5 deutlicher gezeigte Stirnplatte 17 ist an dem ben. Die Umlaufgeschwindigkeit des Druckluftrohres drehbaren Druckluftrohr 21 mit diesem drehbar be- kann also verändert werden, um den günstigsten Befestigt und schließt das Ende des Schlammrohres 16 trieb einzustellen. Eine Stopfbüchse 48 stellt eine an der Fläche 22a mit Ausnahme des in Fig. 5 luftdichte Verbindung zwischen dem Drehrohr 21 schattiert gezeichneten Bereiches 20 ab. Die Stirn- 65 und dem ortsfesten Druckluftrohr 49 her. Zweckplatte 17 verschließt auch das Ende des Druckluft- mäßig ist das Schlammrohr 16 in der feuerfesten rohres 21, ist aber bei 18 im selben Sektor wie die Wand 24 gleitbar, um nach Abschaltung des Antrie-Luftaustrittsöffnungen 21 α offen, wie durch die bes für das Druckluftrohr und Abnahme der Stopf-

büchse das Schlammrohr entfernen zu können. Ein Pyrometer 51 (Fig. 1) ragt durch die feuerfeste Wand der Verbrennungskammer und kann an geeignete Steuereinrichtungen zur selbsttätigen Steigerung und Verminderung der Brennstoffzufuhr zur Brennstoffdüse 25 oder der Zufuhrgeschwindigkeit des Schlammes durch eine Pumpe 13 angeschlossen sein, um die Temperaturen innerhalb der Verbrennungskammer gleichförmig zu halten.

Beim Betrieb werden die heißen Brenngase von der Brennstoffdüse 25 durch den Einlaß 27 in den Ringraum 28 zwischen der Stahlhülle 23 und der feuerfesten Wand 24 eingeführt und wirbeln um die Stahlhülle um, so daß diese auf die Temperatur der Verbrennungsgase erhitzt wird. Der Sprühstrahl von der Sprüheinrichtung 14, 16 beaufschlagt in fein verteilter Kegelform (Fig. 2) die heiße Innenwand der Hülle, und die Sprühteilchen werden nahezu augenblicklich getrocknet. Wenn man durch ein Sichtglas beobachtet, kann man sehen, wie die Teilchen von der Hülle abprallen, um in die Verbrennungskammer zurückzuprallen. Bei der Drehung der Sprüheinrichtung wandert der Kegel über eine geschlossene Umfangszone der metallischen Innenwand und wird so gleichmäßig verteilt. Das Auftreten von kaiten Flecken auf der Hülle oder eine Ansammlung von versprühtem Schlamm wird so verhindert, und der Schlamm wird umgewirbelt, bis er völlig zu Kohlendioxyd und Dampf verbrannt ist. Ein großer Teil der Asche wird genügend fein verteilt, um von den Abgasen mitgenommen zu werden. Etwaige größere Teilchen werden durch Zentrifugalkraft gegen die Hülle geschleudert und im Umlaufweg an der Leiste 42 aufgefangen und so fein vermählen, bis sie mitgerissen werden. Die ganze Asche wird also automatisch durch Mitnahme im Abgas aus der Kammer herausbefördert.

Infolge der feinen Verteilung des Schlammes über die ganze noch erhitzte Hüllenoberfläche und der hohen Gasgeschwindigkeit in dem Ringraum zwisehen Hülle und Ofenwand und ihre Überführung durch die Öffnungen 29 und 30 wird eine hohe Verbrennungsgeschwindigkeit und ein rascher Durchgang des Schlammes durch die Verbrennungskammer bis zum Gasauslaß erzielt. Infolgedessen sind Verhältnisse von Einspeisung zu Rauminhalt entsprechend etwa 10 kg Schlamm je Stunde und je 28-1-Verbrennungskammer erzielbar, was ein Vielfaches der Durchsatzleistung üblicher öfen bedeutet. Die hohe Zyklongeschwindigkeit von Heißgas und Luft und die große Oberfläche der feinen Teilchen gewährleisten auch eine ausgezeichnete Vermischung und große Wärmeübertragungen, so daß die Verbrennung mit geringerer zu erhitzender Sekundärluft vor sich gehen kann als bei Anlagen mit geringerer Gasgeschwindigkeit. Infolgedessen wird der meiste Brennstoff für die Verbrennung durch den Schlamm zugebracht. Etwa 7,5 bis 11,41 Brennöl je Tag haben sich für ein Reaktionsgefäß von 110 bis 140 1 als ausreichend zur Aufarbeitung von Abwasserschlamm von 25 bis 30% Feststoffgehalt erwiesen.

Da die Metallhülle von der Außenseite her erhitzt wird, wird auch etwa nicht zersprühter Schlamm, der sich sonst auf der Oberfläche des Zylinders aufbauen könnte, von seiner Unterseite her abgebrannt, und es kann sich kein progressiver Isoliereffekt ergeben, wie dies der Fall wäre, wenn die Erhitzung in erster Linie von der Innenseite der Hülle her erfolgt, wie dies bei dem bekannten Sprühverdampfungsofen für Klärschlamm geschieht.

Ein weiterer Vorteil der Kammer von geringem Rauminhalt und der hohen Zyklongeschwindigkeit der Verbrennungsgase besteht darin, daß die Anlaufzeit vom kalten Zustand auf weniger als 30 Minuten bei Verbrennungskammern von 110 bis 1401 herabgesetzt wird.

Wegen der hohen Erhitzungstemperaturen unterliegt die Hülle beträchtlicher Wärmeausdehnung. Um diese zu berücksichtigen, ist die Hülle in der feuerfesten Ofenwand, die keine oder nur eine geringe Wärmeausdehnung besitzt, mittels vier Füßen 45 von solcher Länge lose gehalten (Fig. 2), daß sie die Hülle in kaltem Zustand exzentrisch innerhalb des Ofens tragen, wenn die Hülle aber sich dehnt, liegt sie praktisch konzentrisch auf den radialen Füßen in gleichmäßigem Radialabstand von der Ofenwand.

Um seine Längsdehnung zuzulassen und trotzdem ein Aussickern zwischen Hülle und Stirnwand des Ofens zu verhindern, ist am Abgasende der Verbrennungskammer eine Ringschulter mit zylindrischer Oberfläche vorgesehen, deren Durchmesser größer als der Hüllendurchmesser im kalten Zustand ist, und zwar um den Dehnungsbetrag der Hülle vom kalten Zustand bis zur Verbrennungstemperatur. Diese Ringschulter besitzt auch eine ringförmige Fläche quer zur Achse im Abstand vom anderen Verbrennungskammerende um einen Betrag, der im wesentlichen gleich der Längsdehnung der bei Verbrennungstemperatur voll gedehnten Hülle ist, so daß sie satt gegen die Schulter anliegt.

Um im kalten Zustand einen Austritt am Ende der Verbrennungskammer zu verhindern, sind elastische Anpreßeinrichtungen vorgesehen. Sie bestehen aus einem Block 53, der an der Innenseite der Hülle befestigt ist und eine Ausnehmung zur Aufnahme eines federbelasteten Stiftes 49 α besitzt. Dieser wird gegen die Ausnehmung durch eine Stiftlagerschale 50 der Federkappe 51 gepreßt, die unter dem Druck einer Feder 52 steht, welche in einem Zylinder 53 a eingesetzt ist. Dieser besitzt an seinem äußeren Ende eine eingeschraubte Stellschraube 54, die an einer Federkappe 55 angreift, um die Feder vorzuspannen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Sprühverdampfungsofen für Klärschlamm oder sonstige organische Abfälle, welcher eine zylindrische Verbrennungskammer aufweist, in welcher der zu behandelnde Schlamm auf eine Hülle innerhalb der Verbrennungsofen-Innenwand aufgesprüht und der Ringraum mittels eines Heißgases, allenfalls mit Zusatzbrennstoff, aufgeheizt wird, gekennzeichnet durch eine gegen die Innenwand der Hülle (23) gerichtete, axiale, um ihre Achse drehbare Sprüheinrichtung (14, 16, 17) für den Schlamm, durch in den Ringraum (28) zwischen Innenwand des Verbrennungsofens (24) und Hülle (23) einmündende Zuleitungen für Heißgas gegebenenfalls mit Zusatzbrennstoff und durch tangentiale Durchtrittsöffnungen (29, 30) für heiße Verbrennungsgase unter Druck in das Innere der Hülle sowie einen axialen Abgasauslaß (37).

2. Sprühverdampf ungsof en nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen in den Ringraum (28) mündenden Sekundärlufteinlaß

(27 α), der vorzugsweise mit einer Drosselklappe (28 a) ausgerüstet ist.

3. Sprühverdampfungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung aus einem in der Wand (24) des Verbrennungsofens axial gleitbaren, jedoch undrehbaren Schlammrohr (16), einem innerhalb des Schlammrohres (16) konzentrisch angeordneten drehbaren Druckluftrohr (21) mit einer an diesem befestigten, auch das Ende des Schlammrohres abschließenden Stimplatte (17) besteht und am Ende des Druckluftrohres (21) und in der Stimplatte (17) im gleichen Umfangsbereich radial gerichtete Öffnungen (21a) für Luftaustritt bzw. Öffnungen (20 a) für Schlammaustritt vorgesehen sind,

4. Sprühverdampfungsofen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die seitliche Öffnung (18) in der Stirnplatte (17) begrenzende Führungsrippen (18 a).

5. Sprühverdampfungsofen nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Antrieb von regelbarer Geschwindigkeit (43, 44, 46, 47) für die Drehung des Druckluftrohres (21).

6. Sprühverdampfungsofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Abgasöffnung (37) umgebende, axial in das Ofeninnere vorspringende Leiste (42).

7. Sprühverdampfungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Verbrennungsofens (24) zwischen Hülle (23) und Innenwand Träger (50) angebracht sind, welche die Kanten der Hülle (28) auf einem Abstand von der Ofenstirnwand im wesentlichen gleich der Länge der kalten Hülle (23) plus deren thermischer Dehnung bei Verbrennungstemperatur halten.

8. Sprühverdampfungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände des Verbrennungsofens (24) in einem durch die ther* mische Dehnung der Hülle (23) bei Verbrennungstemperatur bedingten Abstand von der Hüllenkante liegen.

9. Sprühverdampfungsofen nach Anspruch 7 und 8, gekennzeichnet durch eine federnde Anpreßeinrichtung (50 bis 55) für die Hülle (23) gegen die gegenüberliegende Stirnwand des Ofens (24) in kaltem Zustand.

In Betracht gezogene Druckschriften:
as Chemical Engineering News, Heft vom 14. September 1964, S. 79.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen