DE1526097A1 - Verbrennungsofen fuer Stadt- und/oder Industriemuell - Google Patents

Description

Aktenzeichen: P 15 2β 097.6 18. AlJfI. 1969

Anmelder: Von Roll AG

Verbrennungsofen für Stadt- und/oder Industriemüll

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsofen für Stadt- und/oder Industriemüll, bei dem innerhalb d-es Ofens zur Abkühlung der Müllrauchgase auf ihrem Wege vom Feuerraum zur Abgasreinigungseinrichtung ein aus einem Röhrensystem bestehender Wärmetauscher angeordnet ist, dessen Röhren von den Müllrauchgasen auch bestrichen und von einem Wärmeträger durchströmt werden, zum Zwecke der Herabsetzung der Rauchgastemperatur bis auf den für die anschliessende notwendige Rauchgasentstaubung zulässigen Wert (Schweiz. Rtentschrift Nr. 193 571; Zeitschrift "Aufbereitungstechnik", 1962, Nr. 8, Seite 372, linke Spalte, Abs. 5).

Verbrennungsanlagen für Müll, sei es nun Stadt- oder Industriemüll, sollen bekanntlich das Brenngut auf mengen- und volumenmässig möglichst geringe Rückstände bringen, die praktisch steril, d.h. frei von vergärbaren Substanzen sein müssen, um bedenkenlos abgelagert werden zu können, ohne die Umgebungsluft zu verpesten oder das Grundwasser zu verseuchen.

Zudem soll hierbei der Verbrennungsprozess derart geführt werden, dass die Luft der Umgebung weder durch von den Verbrennungsgasen mitgerissene Peststoffpartikel, d.h. Staub, noch durch üble Gerüche in ihrer Reinheit beeinträchtigt wird.

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Um diesen beiden Forderungen zu genügen, muss der Verbrennungsprozess einen praktisch vollkommenen Ausbraftd gewährleisten, was eine genügend hohe Brennstoffbett- bzw. Feuerraumtemperatur bedingt. Um der Verunreinigung der Luft durch Staub vorzubeugen, müssen die Verbrennungsgase gründlich gereinigt werden, bevor sie in die atmosphärische Luft abgeleitet werden, so dass also eine Rauchgasentstaubung unerlässlich ist (VDI-Richtlinie 2301, August 1962, Seite 6, Ziffer 2.3 Reinigung der Rauchgase).

Nun ist Müll aber ein ausgesprochen minderwertiger Brennstoff, bedingt durch den im allgemeinen geringen Prozentsatz seiner brennbaren Anteile, wie auch durch den meist hohen Feuchtigkeitsgehalt. Ueberdies weist Müll eine örtlich und zeitlich stark schwankende Zusammensetzung auf, sowie eine eigenartige, in sich verfilzte und inhomogene Beschaffenheit. Deshalb kann die Verbrennung praktisch kaum unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden, d.h. mit annähernd nur der theoretischen Verbrennung luftmenge, die eine hohe Brennstoffbett- bzw. Feuerraumtor.peratur gewährleistet, sondern der Verbrennungsofen muss meist n.it 2-2,5~ fächern Luftüberschuss gefahren werden. Unter diesen Umstanden kann aber dem Wunsch nach praktisch totalem Ausbrand des 'Hills und völliger Desodorierung der Rauchgase nur dadurch Rechnung getragen werden, dass die Verbrennung in gut v/ärmeisolierten, d.h. nicht einer unerwünschten Abkühlung ausgesetzten Feuerräumen vor sich geht. Unter diesen Bedingungen ergibt sich, dass die aus dem Feuerraum austretenden gasförmigen Verbrennungsprodukte, d.h. Müllrauchgase, Temperaturen in der Grössenordnung von 800 bis 1000⁰C aufweisen.

Dieser Sachverhalt steht aber im Gegensatz zu der bereits erwähnten zweiten Forderung nach Staubfreiheit der Ofenabgase, d.h. zur notwendigen Rauchgasentstaubung, weil die letztere

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beim heutigen Stand der Technik nur bei massigen Temperaturen vorgenommen v/erden kann, und zwar sowohl mit Rücksicht auf die grossen effektiven Gasvolumina und Gaszähigkeiten bei hohen Temperaturen als auch wegen der nach oben bei einer Temperatur von ca. 350⁰C begrenzten Temperaturverträglichkeit der üblichen Abgas-Reinigungseinrichtungen, wie z.B. Zyklone, Stoff-Filter, Elektrofilter usw.

Daher ist eine Kühlung der Müllrauchgase auf ihrem Wege vom Feuerraum bis zu der Rauchgasentstaubungsanlage unerlässlich.

Bei Oefen mit direkter Wärmeverwertung wird die notwendige Abkühlung der Rauchgase bekanntlich durch Einbau eines Dampf- oder Heisswasserkessels erreicht, an dessen Heizflächen die heissen Rauchgase ihre fühlbare Wärme abgeben, wobei ihre Temperatur, bedingt durch diesen Wärmeentzug, in dem erforderlichen Ausmass herabgesetzt wird (Schweizerische Patentschrift Nr. 193 571; "Aufbereitungstechnik", 1962, Nr. 8, Seite 372, linke Spalte, Abs. 5» sowie "Gesundheits-Ingenieur", 1963 > Heft k, Seite 101, rechte Spalte, Abs. 1).

Bei Oefen ohne direkte Wärmeverwertung wird die erforderliche Absenkung der Rauchgastemperatur bekanntlich durch Einspritzen von Wasser oder durch Zumischen von Luft zu den Abgasen herbeigeführt (vgl. zur Wassereinspritzung "Gesundheits-Ingenieur", 1963, Heft 4, Seite 101, rechte Spalte, Abs. 1, sowie Werbeschrift Nr. 1046 N3/64 der Deutsche Babcock & Wilcox-Dampfkesselwerke AG, Text zu Abb.V; zur Zumischung von Luft: "Aufbereitungstechnik¹¹, 1962, Nr. 8, Seite 372, linke Spalte, Abs. 5, sowie "Gesundheits-Ingenieur", 1963j Heft 4, Seite 101).

Im ersten Fall, d.h. bei der Einspritzung von Wasser in den

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Peuerraum wird der Wärmeentzug und damit die Abkühlung der Rauchgase durch die Verdampfung des eingespritzten Wassers und dessen Ueberhitzung auf die Endtemperatur des gebildeten Gas-Dampf-Gemisches bewirkt. Dieses bekannte Abkühlungsverfahren ist jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden, die im folgenden kurz erläutert werden.

Die bekannte Wassereinspritzung hat den Nachteil, dass schädliche gefährliche Abschreckungen des hocherhitzten feuerfesten Ofen-Mauerwerks und, infolge örtlicher Abkühlung der stets säurehaltigen Müllrauchgase, durch Taupunkt-Unterschreitung starke Korrosionen sowohl am Mauerwerk als auch an den Einspritzdüsen auftreten können, wobei überdies derart angefressene Einspritzdüsen infolge der nunmehr mangelhaften Wasser-Versprühung' die Abschreckung des teuren Mauerwerks noch begünstigen. Ausserdem weisen die Ofenabgase nach der Wassereinspritzung einen übermässig hohen Feuchtigkeitsgehalt auf, was bei niedrigen Aussentemperaturen zu unerwünschten Niederschlägen rund um den Schornstein, d.h. zu dem so gefürchteten "Schornsteinregen" führen kann, üeberdies wird bei der Wassereinspritzung das Abgasvolumen durch einen entsprechend hohen Wasserdampfanteil erheblich vergrössert, was erhöhte Investitions- und Betriebskosten für den Saugventilator und den Rauchgasreiniger sowie entsprechend höhere Baukosten für den im Durchmesser grosser zu wählenden Schornstein bedingt. Zudem sind auch die notwendige, besonders sorgfältige Wartung der Einspritzdüsen wie auch der im Ofen anfallende Schlamm nachteilig.

Die als zweiter Fall erwähnte, bekannte Luftzumischung hat den Nachteil, dass die zuzumischenden Luftmengen infolge der niedrigen spezifischen Wärme der Luft ein Vielfaches der anfallenden, wegen des für die Müllverbrennung erforderlichen hohen Luftüberschusses(2 bis 2,5) ohnehin schon vergrösserten Rauchgasnengen darstellen, so dass eine im Hinblick auf Investitions- und Betriebskosten sowie Platzbedarf nachteilige entsprechende Ver.r-rösserung der Rauchgasentstaubungsanlage, des Saugzug-

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ventilators und nicht zuletzt des ohnehin sehr teuren Schornsteins notwendig ist. Noch viel schwerwiegender aber ist der Umstand, dass durch den Ballast der den Müllrauchgasen zugemischten, übermässig grossen Luftmengen die ohnehin schwierige Regulierbarkeit der Peuerführung im Ofen derart verschlechtert wird, dass eine elastische Anpassung der Peuerführung an die mit der wechselnden Beschaffenheit des Mülls ständig und stark schwankenden Verbrennungsbedingungen praktisch überhaupt nicht mehr möglich ist.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, einen Verbrennungsofen für minderwertige Brennsto'ffe, d.h. Stadt- oder/und Industriemüll, ohne direkte Wärmeverwertung zu schaffen, bei welchem die zuvor genannten zahlreichen schwerwiegenden Nachteile der Rauchgaskühlung bei den bereits bekannten Müllverbrennungsofen ohne direkte Wärmeverwertung auf einfache Weise vermieden werden sollen und welcher den gestellten Anforderungen und gegebenen Voraussetzungen in möglichst wirtschaftlicher Weise dadurch genügen soll, dass ein den mit wechselnder Beschaffenheit des Mülls schwankenden Betriebsbedingungen angepasster Wärmeenzug im Ofen zwischen der eigentlichen Verbrennungsstelle in der Feuerung und der Stelle des Austrittes der Abgase aus dem Ofen durchgeführt wird, wobei dieser Wärmeentzug je nach Bedarf örtlich und mengenmässig leicht einstellbar sein soll.

Zugleich mit der Beseitigung aller zuvor genannten schwerwiegenden Nachteile der bisher bekannten Rauchgaskühlung bei Müllverbrennungsöfen ohne direkte Wärmeverwertung soll aber auch eine indirekte Wärmeverwertung mindestens eines Teiles der im Ofen erzeugten, d.h. in den Müllrauchgasen enthaltenen fühlbaren Wärme realisiert werden, wie dies bei grösseren und grössten Müllverbrennungsöfen mit Durchsatzleistungen von mindestens 100 Tagestonnen wirtschaftlich ver-

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ty?etbar ist, wobei zugleich auch - trotz der Verschiedenheit der in Frage kommenden Wärmeverbraucher und ihrer speziellen Betriebsbedingungen - beim Ofen und bei den mit und in ihm benutzten Wärmeaustauschern eine Standardausführung für Serienfabrikation ermöglicht werden soll, d.h. eine teure Einzelanfertigung des Ofens und der in ihn eingebauten bzw. an ihn angeschlossenen Wärmeaustauscher, welche auf den jeweils gerade vorliegenden Fall jedesmal gewissermassen als Sonderlösung "zugeschnitten" sein muss, vermieden werden soll.

' Hierbei soll es ferner ermöglidit werden, auch in jenen sehr häufigen Fällen, in denen die Wärmeverbraucher aus Heizungseinrichtungen mit Warmwasser als sekundärem Wärmeträger bestehen und somit diese Wärmeverbraucher wegen ihrer relativ geringen Betriebstemperaturen (t" = ca. 7.0⁰C und t" = ca. 40°C) gar nicht unmittelbar durch einen aus dem zur Rauchgaskühlunp; vorgesehenen Kühlkreislauf abgezweigten Teilstrom des als Kühlmedium dienenden, durch die Rauchgase erhitzten Wärmeträger s mit Wärme versorgt v/erden können, gleichwohl die Wärmeversorgung aich solcher Wärmeverbraucher zu realisieren.

Ausserdem soll durch die Erfindung generell der Nachteil vermieden werden, dass infolge der aggressiven Natur der Hüllrauchgase, die meist SO₂, SO, oder HCL (Salzsäure) aus Kunststoffen, wie z.B. PVC (Polynivylchlorid), oder andere chemisch aggressive Stoffe enthalten, örtliche Kondensationen unter Säurebildung (z.B. HpSO, oder sogar H₂SO₁.) und somit schwere radikale Korrosionen im Müllverbrennungsofen dadurch entstehen, dass zur Versorgung eines an sich dafür betrieblich geeigneten Wärmeverbrauchers ein Teil des zur Abkühlung der Müllrauchgase benutzten Wärmeträgers aus seinem geschlossenen Umwälzkreislauf abgezweigt und durch Einspeisung einer gleich grossen Menge desselben Wärmeträgermediums bei einer relativ niedrigen, d.h. der Umgebungstemperatur (t_Q) entsprechenden Temperatur in diesen Umwälzkreislauf ersetzt wird.

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Zudem soll durch die Erfindung mit möglichst geringem Aufwand beim erforderlichen Regulierungssystem, abgesehen von der elastischen Anpassung der Feuerführung des Ofens an die mit der wechselnden Müllqualität stark schwankenden Verbrennungsbedingungen, auch eine bequeme Anpassung der Nutzwärmelieferung an den jeweiligen Wärmebedarf der angeschlossenen Wärmeverbraucher gewährleistet werden, wobei zugleich in konstruktiver Hinsicht eine kompakte, aber gleichwohl einfache und übersichtliche, wie auch wenig störungsanfällige Bauweise für den Müllverbrennungsofen ermöglicht werden soll..

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der mindestens eine Seite des Feuerraumes des für eine Rauchgaskühlung ohne direkte Wärmeverwertung eingerichteten Müllverbrennungsofens begrenzende, aus einem Strahlungsteil und mindestens einem Konvektionsteil bestehende Wärmtauscher als primärer Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreislaufsystem für den in diesem System umgewälzten, als Kühlmedium für die Müllrauchgase dienenden Wärmeträger angeordnet und im gleichen Kreislaufsystem, jedoch ausserhalb des Müllverbrennungsofens, zur indirekten Wärmeverwertung mindestens eines Teiles der in ihm erzeugten Wärme ein mit seinem Sekundärteil an einen Wärmeverbraucher angeschlossener zusätzlicher Wärmetauscher sowie ein diesem nachgeschalteter, als Rückkühler für den Wärmeträger des geschlossenen Kreislaufsystems dienender, sekundärer Wärmetauscher angeordnet sind, dass ferner in den beiden Kreislaufsystemen des primären und sekundären Wärmeträgers mindestens je ein aus einem Regelventil oder/und einer Umwälzpumpe bestehende? Durchfluss-Regelorgan angeordnet ist, und dass das im Kreislaufsystem des primären Wärmeträgers angeordnete Durchfluss-Regelorgan zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur der aus dem Müllverbrennungsofen austretenden Müllrauchgase unter Anpassung der Durchflussmeage des

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primären Wärmeträgers an die jeweilige Wärmebelastung des. Müllverbrennungsofens durch einen im Rauchgas-Austritts- < stutzen des Ofens angeordneten Temperaturfühler über eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Rauchgas-Austrittstemperatur und das im Kreislaufsystem des sekundären Wärmeträgers angeordnete Durchfluss-Regelorgan unter Anpassung der Durchflussmenge des sekundären Wärmeträgers an die Nutzwärmeabnahme durch den Wärmeverbraucher mit Hilfe einer als Steuergrösse dienenden messbaren Grosse unter Konstanthaltung der letzteren bei einem vorbestimmten Sollwert gesteuert sind, wobei das im Kreislaufsystem des sekundären Wärmeträgers angeordnete Durchfluss-Regelorgan durch einen im Rauchgas-Austrittsstutzen des Müllverbrennungsofens angeordneten Temperaturfühler über eine Steuereinrichtung zugleich in Abhängigkeit von der Rauchgas-Austrittstemperatur gesteuert ist.

Hierbei dient also der im geschlossenen Kreislaufsystem umgewälzte Wärmeträger als kühlendes Medium zur Abkühlung der Müllrauchgase innerhalb des Ofens und zugleich, durch diese Rauchgasabkühlung selber erhitzt, als Wärmezubringer zur Versorgung des an den Ofen angeschlossenen Wärmeverbrauchers. Hierbei handelt es sich aber nicht um eine direkte Verwertung der im Ofen erzeugten Wärme, bei der die Wärmeübertragungsflächen des innerhalb des OfafB angeordneten Wärmetauschers selber Kesselheizflächen eines Dampf- oder Heisswasserkessels sind, sondern um eine indirekte Wärmeverwertung, bei der nicht die Rauchgase selber, sondern nur der von ihnen erhitzte Wärmeträger zur Wärmeversorgung des an den Ofen angeschlossenen Wärmeverbrauchers verwendet wird, und zwar seinerseits auch wieder nur mittelbar insofern, als er als primärer Wärmeträger in einem ausserhalb des Ofens angeordneten zusätzlichen Wärmetauscher seine Wärme an einem sekundären Wärmeträger abgibt und dieser erst zur Wärmeversorgung des eigentlichen Wärmeverbrauchers benutzt wird.

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Da der primäre Wärmeträger vielfach nur einen Teil seiner Wärme im zusätzlichen Wärmetauseher abgibt, ist der ihm nachgeschaltete j als Rückkühler für den primären Wärmetauscher dienade sekundäre Wärmetauscher im Kreislauf des primären Wärmeträgers vorgesehen, der den primären Wärmeträger mittels eines beliebigen Kühlmediums, vorzugsweise Luft oder Wasser, vielter bis auf die gewünschte Temperatur bei Wiedereintritt in den Ofen abkühlt.

Als Medium des primären Wärmeträgers kann Wasser, sowie jede, vorzugsweise hochsiedende und benetzende Flüssigkeit, aber auch Luft, dienen.

Gemäss der Erfindung sind hierbei der primäre und der zusätzliche Wärmetauscher für die thermische Nennleistung des Müllverbrennungsofens des Ofens ausgelegt.

Abgesehen von den schon erwähnten, bereits bekannten Müllverbrennungsofen, bei denen die Rauchgasabkühlung mit einem in den Ofen eingebauten, der direkten Wörmeverwertung dienenden Dampf- oder Heisswasserkessel erreicht wird, ist es zwar schon seit langem bekannt, bei Zentralheizung einen geschlossenen, durch den Zentralheizungskessel geführten Kreislauf mit einem darin zirkulierenden, die angeschlossenen Wärmeverbraucher mit Wärme versorgenden Wärmeträger, meist Warmwasser, vorzusehen, jedoch berühren diese Zentralheizungsanlagen die Erfindung deshalb nicht, weil bei ihnen das besondere,'der Erfindung zugrunde liegende Problem der Müllverbrennung und lie daraus resultierende Aufgabe, bei Müllverbrennungsofen ohne direkte Wärmeverwertung eine einwandfreie Abkühlung der Müllrauchgase unter gleichzeitiger wirtschaftlicher Verwertung der im Ofen erzeugten Wärme zu erreichen, nicht vorhanden ist.

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Bevor nun der l-Iüllverbrennungsofen gemäss "der Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mehr im einzelnen beschrieben wird, sollen zunächst zum besseren Verständnis dieses Ofens, seiner Wirkungsweise, sowie seiner Vorteile, die allgemeinen wärmetechnischen Voraussetzungen, auf denen die Konzeption dieser Ofenausführung beruht, beleuchtet werden wie folgt:

Der primäre Wärmeträger, der als Kühlmedium zur Abkühlung der Rauchgase dient und als solcher flüssig oder gasförmig sein kann, ist infolge der relativ grossen Wärmeaufnahme vom Ofen her reversiblen Zustandsänderungen in der durch die Zirkulation im geschlossenen Kreislauf gegebenen Reihenfolge unterworfen, wobei, ganz allgemein betrachtet, seine Temperatur sich zwischen einem höchsten Wert t bei Austritt aus dem Ofen und einem niedrigsten Wert t . bei Eintritt in denselben verändert. Abgesehen von der Temperaturänderung, ist aber auch die Natur dieser Zustandsänderungen zu berücksichtigen, d.h. der Umstand, dass diese Zustandsänderungen entweder in derselben Phase stattfinden können, wobei sich der Aggregatzustand des Wärmeträgers nicht verändert, oder aber von einer Phasenänderung begleitet sein können, wobei der Wärmeträger von der flüssigen Phase in die gas- bzw. dampfförmige Phase übergeht, und umgekehrt, wobei sich also der Aggregatzustand des Wärmeträgers verändert. Somit ist also nicht nur zu berücksichtigen, dass die höchste Temperatur t^„ des primären Wärmeträgers bei Austritt aus dem Ofen genügend unterhalb der Feuerraumtemperatur und seine tiefste Temperatur t . bei Eintritt in den Ofen genügend oberhalb der Umgebungstemperatur, d.h. oberhalb der Aussentemperatur (t ) der Ofenumgebung liegt, um den Wärmeaustausch sowohl im Heizsystem (primärer Wärmetauscher) als auch im Kühlsystem (zusätzlicher und sekundärer Wärmetauscher) des geschlossenen Kreislaufes des primären Wärmeträgers zu gewährleisten.

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Nun könnte man an sich daran denken, zwecks Versorgung eines Wärmeverbrauchers eine gewisse Teilmenge des im Ofen erhitzten Wärmeträgers aus seinem Kreislauf abzuzweigen und zugleich diese dem Kreislauf entnommene Teilmenge des Wärmeträgers durch Einspeisung einer gleich grossen Menge desselben als Wärmeträger dienenden Mediums von niedrigerer Temperatur, z.B. mit der Temperatur t der Umgebungsluft in das Kreislaufsystem wieder zu ersetzen.

Hierbei würde aber die Verschiedenheit der in der Praxis vorkommenden Wärmeverbraucher und ihrer p(seziellen Betriebsbedingungen für die praktische Anwendung des Verbrennungsofens jeweils eine entsprechende Anpassung der oben erwähnten Zustandsänderungen, denen der Wärmeträger unterworfen ist, an den jeweils benutzten Wärmeverbraucher erforderlich machen. Somit müsste für ein- und denselben Müllverbrennungsofen praktisch nahezu in jedem einzelnen Falle für die Verwirklichung des geschlossenen Kreislaufs des Wärmeträgers eine besondere Anordnung und Auslegung gewählt werden, so dass beinahe jede in der Praxis vorkommende Situation einen ausgesprochenen Sonderfall darstellen und damit eine relativ teure Einzelanfertigung als Sonderlösung für den jeweils gerade vorliegenden Fall bedingen würde.

Davon ganz abgesehen, käme eine Einspesisung einer gewissen Menge von relativ kaltem Wärmeträgermedium in den geschlossenen Kreislauf aber auch schon angesichts der meist aggressiven Natur der Müllrauchgase, die meist SOp, SO,, HCL und andere chemisch aggressive Stoffe enthalten, gar nicht in Frage, weil dadurch infolge Taupunktunterschreitung örtliche Kondensationen der Müffilrauchgase unter Säurebildung (H₂SOp bzw. H₂SO, oder gar HpSOi,) und sonit starke Korrosionen im Ofen auftreten würden.

Diese Nachteile werden aber durch die erfindungsgemässe Ausführung des !lüllverbrennungsofens vermieden.

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Bei einer Betrachtung des geschlossenen Kreislaufes des primären Wärmeträgers ergibt sich, dass für dieselbe ausgetauschte Wärmemenge der Unterschied zwischen den Grenztemperaturen t und t . des primären Wärmeträgers davon abhängt, ob dieser eine Phasenveränderung erleidet oder nicht, d.h. ob eine Verdampfung und nachfolgende Kondensation, d.h. Verflüssigung, des primären Wärmeträgers auftreten, wobei, um diese Betrachtung ganz allgemein zu halten, angenommen werden soll, dass eine derartige Veränderung des Aggregatzustandes für einen Teil der Durchflussmenge des primären Wärmeträgers zutrifft.

Bei der folgenden Betrachtung, bei welcher die Möglichkeit einer Ueberhitzung des dampfförmigen Wärmeträgers eliminiert sei, sollen die folgenden Kurzzeichen verwendet werden:

G = gesamte Durchflussmenge des primären Wärmeträgers im geschlossenen Kreislauf je Zeiteinheit (kg/H),

G' - Teilmenge des primären Wärmeträgers, welche einen Phasenänderung erleidet (kg/h),

r - spezifische Wärme für die Phasenänderung (kcal/kg),

c = mittlere spezifische Wärme des Wärmeträgers (kcal/kg°C) und

Q = ausgetauschte Wärmemenge (kcal/h).

Somit kann die Grosse der ausgetauschten Wärmemenge ausgedrückt werden durch:

^(tmax - W

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Unter der zuvor erwähnten Voraussetzung, dass die Verdampfung des primären Wärmeträgers ohne Ueberhitzung des entstehenden Dampfes vor sich geht, ist die Höchsttemperatur t , des

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primären Wärmeträgers identisch mit seiner Sättigungstemperatur t , welch' letztere vom gewählten Betriebsdruck ρ (in ata)

im geschlossenen Kreislauf abhängt. Andererseits hat sich in der Praxis erwiesen, dass die Tiefsttemperatur t . des primären Wärmeträgers zur Vermeidung der nachteiligen, durch Taupunktunterschreitung und Kondensation der Müllrauchgase bedingten Korrosionen einen gewissen Mindestwert, welcher in der Grössenordnung von etxva 150 bis 200⁰C liegt und hier mit t. bezeichnet werden soll, nicht unterschreiten darf.

Somit ergibt sich aus der oben angeführten Beziehung (1): Q = G.c (t - t ) + G¹ . r (la)

In der Praxis wird ein genügend hoher Betriebsdruck ρ (in ata) gewählt, damit die Sättigungstemperatur t des primären Wärme-

trägers reichlich oberhalb der nicht zu unterschreitenden Mindesttemperatur t liegt. Wenn z.B. Wasser als primärer Wärmeträger benutzt wird, dann genügt in allen Fällen ein Betriebsdruck ρ = 25 ata, welcher für t einen Wert von 223°C gewährleistet.

Die Gleichung (la) zeigt, dass, wenn im geschlossenen Kreislauf der Betriebsdruck ρ des primären Wärmeträgers und seine Umlaufmenge konstant gehalten werden, der mit diesem Wärmeträger erreichbare Wärmeaustausch in weiten Grenzen verändert werden kann. Es ist nämlich aus der Gleichung (la) klar ersichtlich, dass die verdampfte Teilmenge G' des primären Wärmeträgers für jeden beliebigen Wert der ausgetauschten Wärmemenge Q eine Punktion der gesamten Durchflussmenge G des Wärmeträgers ist, so dass schliesslich Q lediglich eine Punktion von G ist, d.h. Q = f(G). Somit

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ergibt sich, dass durch die Vergrösserung oder Verminderung der gesamten Durchflussmenge G des primären Wärmeträgers in der Zeiteinheit im geschlossenen,Kreislauf die Möglichkeit gegeben ist, die Arbeitsweise des primären Wärmeaustauschsystems der jeweiligen Wärme belastung des Ofens bzw. dem Durchsatz (in kh/h) und dem Heizwert (in kcal/kg) des zu verbrennenden Mülls anzupassen.

Diese durch die Gleichung (la) ausgedrückte Anpassungsfähigkeit der ausgetauschten Wärmemenge bei konstantem, einheitlich gewähltem Betriebsdruck ρ gestattet es, für eine bestimmte OfengrÖsse eine Standard-Ausführung des im primären Kreislauf enthaltenen Heiz- und^ Kühlsystens zu verwenden, Vielehe nur gemäss der Wärmekapazität- bzw. uer Nennleistung des Ofens ausgelegt zu werden braucht. Dies bedeutet eine erhebliche Rationalisierung der Fertigung, weil der der Aufheizung des .•/ärmeträr-ers dienende primäre Wärmetauscher und der für seine Rückkühlung vorgesehene sekundäre Wärmetauscher in Standard-Ausführungen zu relativ geringen Fertigungskosten hergestellt werden können, v:as einen erheblichen technischen Portschritt darstellt.

Der Wärmeverbraucher, welcher an den Verbrennungsofen angeschlossen ist, hat eine Wärmeaufnahme, welche mit "Q" (kcal/h) bezeichnet v/erden soll. Beim hier vorgeschlagenen Ilüllverbrennungsofen soll nun diese Wärmemenge aus später zu erläuternden Gründen dem Verbraucher "Q" nur mittelbar über einen sekundären Wärmeträger zugeführt werden, wobei dieser seinerseits in einem geschlossenen oder offenen Kreislauf zirkuliert, und zwar mit einem Durchsatz je Zeiteinheit, welcher mit G" (in kg/h) bezeichnet werden soll, und mit einer Eintritts- und Austrittstemperatur t", bzw. t"₂, bezogen auf den Wärmeverbraucher. Somit besteht die Beziehung:

Q" = G" . c» Cf₁ - t"₂) (2)_y

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wobei mit c" die mittlere spezifische Wärme des sekundären Wärmeträgers bezeichnet ist. In der Praxis kommt es sehr häufig vor, dass der Wärmeverbraucher aus einer Heizungseinrichtung besteht, wobei Warmwasser als sekundärer Wärmeträger verwendet wiro^ (mit einer mittleren spezifischen Wärme c" = 1 kcal/kg⁰^, wobei häufig die Vorlauftemperatur t" = ca. 70⁰C und die Rücklauftemperatur t"₂ = ca. i|0°C beträgt. Bei diesen relativ geringen Temperaturwerten, welche weit unterhalb der infragekommenden, betrieblich bedingten Werte der Grenztemperaturen t und t des primären Wärmeträgers liegen, lässt sich aber, worauf bereits hingewiesen wurde, eine direkte Abzweigung einer gewissen Teilmenge des primären Wärmeträgers aus seinem Kreislauf zwecks Versorgung des Wärmeverbrauchers unmittelbar mit der vom primären Wärmeträger mitgeführten Wärme, wie man sie an sich zunächst in Betracht ziehen würde, gar nicht durchführen.

Aus diesen Gründen wird beim erfindungsgemässen Müllverbrennungsofen ein zusätzlicher Wärmetauscher im Kreislauf des primären Wärmeträgers, jedoch ausserhalb des Ofens, vorgesehen, wobei der Sekundärteil dieses Wärmetauschers, sei es nun im offenen oder geschlossenen Kreislauf, an den Wärmeverbraucher angeschlossen ist und wobei ein in diesem Kreislauf strömender sekundärer Wärmeträger, welcher im zusätzlichen Wärmetauscher durch den im Ofen erhitzten primären Wärmeträger aufgeheizt wird i\nd diesen dadurch rückkühlt, seine Wärme an den Wärmeverbraucher abgibt.

Aus offensichtlichen Gründen wird dieser zusätzliche Wärmetauscher möglichst an einer solchen Stelle des Kreislaufes des primären Warneträgers angeordnet, wo der Wärmeträger seine höchste Enthalpie, d.h. seinen höchsten Wärmeinhalt (in kcal/kg) hat, d.h. an einer Stelle, wo möglichst noch die Sättigungstemperatur t herrscht, d.h. also in der Mähe des Austritts des primären Uärrneträgers aus dem Ofen.

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Für diesen zusätzlichen Wärmetauscher kann nun, wie übrigens auch beim sekundären Wärmetauscher, eine Standard-Konstruktion verwendet werden« Dieser zusätzliche Wärmetauscher wird ausgelegt für die Wärmeleistung des Ofens (thermische Nennleistung in kcal/h) und den Wärmebedarf (in kcal/h) des Wärmeverbrauchers unter Berücksichtigung einer Anpassung der abgegebenen Wärmemenge Q" an den jeweiligen Wärmebedarf, und zwar unter Umständen sogar bis zur kompletten Annullierung der Nutzwärmeabgabe (Q" = 0), wobei diese Anpassung schon lediglich "dadurch erreicht wird, dass die Durchsatzmenge G" (in kg/h) des sekundären Wärmeträgers gemäss der obigen Gleichung (2) unter Konstanthaltung der Temperaturen t" und t"p geändert wird. Somit wird nicht nur der sekundäre, sondern auch dieser zusätzliche Wärmeaustauscher in einer Standard-Ausführung als Serienfabrikat mit relativ niedrigen Fertigungskosten hergestellt werden können.

Eine nähere Betrachtung der beiden obigen Gleichungen (la) und (2) gibt auch bereits Aufschluss über die Möglichkeiten der Regelung der Einrichtungen, und zwar:

1.) für das primäre Kreislaufsystem:

a) Konstanthaltung des Betriebsdruckes ρ auf einem vorbestimmten Wert, z.B. bei 25 ata für den behandelten Fall,

b) Regelung der Durchflussmenge G (in kg/h) des primären Wärmeträgers, um die Temperatur der aus dem Ofen austretenden Rauchgase und die Temperatur t des in den Ofen eintretenden primären Wärmeträgers auf vorbestimmten Werten zu halten, welche etwa bei 250 bis 350⁰C bzw. bei. 150 bis 200⁰C liegen und zwecks Vermeidung von schädlichen Korrosionen nicht unterschritten werden dürfen.

2.) für das sekundäre Kreislaufsystem:

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Regelung der Durchflussmenge G" (in kg/h) des sekundären Wärmeträgers, um die Vorlauftemperatur t", und, falls es sich um einen geschlossenen Kreislauf handelt, die Rücklauftemperatur t"₂ auf vorbestimmten Werten, beispielsweise 7O⁰C bzw. 40 C, z(/ halten.

Diese Regelungen können leicht automatisiert werden, weil die auf vorgegebenen Werten konstant zu haltenden Grossen direkt messbar sind und deshalb als Steuergrössen zur Regelung herangefcogen werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung | schematisch dargestellt, und zwar ein in einem Längsschnitt gezeigter Mehrzug-Ofen, wie er insbesondere bei Kommunalen Grossanlagen zur Müllvernichtung verwendet wird.

Bei der nachfolgenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispieles sind die verschiedenen^ vorkommenden Temperaturen mit t und mit als Indices zu t dienenden Zahlen bezeichnet, wobei diese Zahlen denjenigen Bezugsziffern der Zeichnung entsprechen, welche die zugehörigen Stellen bezeichnen, an denen die betreffenden Temperaturen herrschen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde für das sekundäre Kreis- ( laufsystem ein geschlossener Kreislauf gewählt. Wie bereits erwähnt, könnte hierfür aber auch ein offenes Kreislaufsystem verwendet werden.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Dreizug-Verbrennungsofen mit einer Rostfeuerung bezeichnet, wie er zur Verbrennung to von Stadtmüll, Kehricht und/oder industriellen Abfälüai J₀ benutzt wird und insbesondere bei kommunalen Grossanlagen ® für die städtische Müllvernichtung verwendet wird. Das -* Brenngut, d.h. der zu verbrennende Müll, wird über eine ο Einfüllvorrichtung la, die hier als Einfüllschacht ausge- -» bildet ist, auf einen mit 2 bezeichneten Ro3t aufgegeben. Da3 auf dem Rost 2 aufgeschichtete Brenngut ist mit 3 be-

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zeichnet und wird auf dem Rost 2 nacheinander vorgetrocknet, gezündet und ausgebrannt. Die für die Verbrennung des Brenngutes 3 erforderliche Verbrennungsluft wird als Unterwind von unten her durch den Rost 2 hindurch dem Brenngut 3 zugeführt, was in der Zeichnung durch Richtungspfeile k veranschaulicht ist.

Die bei der Verbrennung des Brenngutes 3 in dem mit 5 bezeichneten Feuerraum entstehenden, gasförmigen Verbrennungsprodukte, welche im folgenden kurz als Rauchgase bezeichnet v/erden, durchströmen nacheinander drei mit 6, 6' und 6" bezeichnete Rauchgaszüge des Ofens 1, um den Ofen an einer Austrittsstelle 7 zu verlassen, was in der Zeichnung durch einen vom Feuerraum 5 ausgehenden und bis zur Austrittsstelle 7 reichenden, durchgehend gezeichneten serpentinenförmigen Strömungsrichtungspfeil F verdeutlicht ist.

Die an der Austrittsstells 7 den Cfen 1 verlassenden Rauchgase durchströmen eine Entstaubungsanlage, anschliessend eine Saugzuganlage (Saugzugventilator), um schliesslich durch einen Kamin, welcher bei genügender Höhe unter Umständen den Saugzugventilator ersetzen kann, in die freie Atmosphäre su entweichen, was alles in der Zeichnung nicht dargestellt ist, um dort die eigentliche Erfindung als solche deutlicher hervortreten zu lassen.

Die bei der Verbrennung des Brenngutes 3 entstehenden, normalerweise festen, unverbrennbaren Rückstände, d.h.Schlacken, werden an einer Stelle 3 aus dem Ofen 1 entfernt.

Im folgenden sind die verschiedenen Temperaturen der Rauchgase mit t und mit als Indices zu t dienenden Zahlen bezeichnet, wobei diese Zahlen denjenigen Bezugsziffern der Zeichnung entsprechen, welche die zugehörigen Stellen bezeichnen, an denen die. betreffenden Temperaturen herrschen.

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Solange im Ofen 1 keine Wärmeentnahme stattfindet und wenn man der Einfachheit wegen von Wärmeverlusten des Ofens 1 ganz absieht, sind die Verbrennungstemperatur t^- (im Feuerraum 5), die Feuerraumendtemperatur sowie die Rauchgasaustrittstemperatur t„ (am Ofen Austritt 7) einander gleich oder mindestens annähernd gleich.

Nun beträgt aber die Verbrennungstemperatur tj- ca. 800 bis 1000⁰C und die Rauchgasaustrittstemperatur t„ soll etwa 250 bis 350 C betragen, was einen Wärmeentzug auf dem Wege der Rauchgase vom Feuerraum 5 bis zum Rauchgasaustritt 7 bedingt. Hierzu ist der im folgenden beschriebene, in den Ofen eingebaute Wärmetauscher bestimmt:

Die heissen Rauchgase geben beim Durchströmen der Rauchgaszüge 6, 6' und 6" ihre Wärme an drei Heizflächensysteme 10', 10" und 10'^!? ab, welche, in bezug auf den Rauchgasweg im Ofen hintereinander liegend, in den drei Rauchgaszügen 6 bzw. 6' bzw. 6" angeordnet sind und zusammen einen primären Wärmetauscher 10 bilden, der zur Aufheizung eines primären Wärmeträgers dient und eine Seite des Feuerraumes 5 begrenzt. Die Heizflächen 10', lo" und 10'^ft dieses primären Wärmetauschers bestehen aus Röhrensystemen, durch deren Röhren der primäre Wärmeträger strömt und die als Rohrbündel oder als Wandbohrungen ausgebildet sind. Dieses für die Aufheizung des primären Wärmeträgers vorgesehene Heizsystem 10 mit seinen drei Teilsystemen 10', 10" und 1O¹'' umfasst auch die erforderlichen Zu- und Abflussleitungen, die in der Zeichnung nur andeutungsweise an den Stellen 21 bzw. 22 dargestellt sind, sowie auch eine zweckmässigerweise vorgesehene und in der Zeichnung mit 16 bezeichnete Sammeltrommel.

BAD ORiGiNAL

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Der primäre Wärmetauscher 10 samt seiner Sammeltrommel 16 liegt in einem geschlossenen, vom primären Wärmeträger durch-

strömten Kreislaufsystem, das in Fig. 2 mit 30 bezeichnet ist und in dessen mit 31 bezeichneten Leitungen der primäre Wärmeträger mit Hilfe einer mechanischen Umwälzpumpe 23 ungewälzt wird. Diese Umwälzung könnte, abweichend von der Zeichnung, aber auch ohne eine solche Umwälzpumpe, d.h. ohne den sogenannten "Zwangsumlauf", mit Hilfe des bekannten, sogenannten "Thermosyphon"-Effektes, d.h. im sogenannten "Naturumlauf", bewirkt · werden.

Ganz unabhängig davon, wie nun die Umwälzförderung im geschlossenen Kreislaufsystem 30 bewirkt wird, kann der primäre Wärmeträger, weil er ein in sich geschlossenes Kreislaufsystem 30 durchströmt, unter einem beliebigen Druck stehen.

Die Röhren des ersten Heizflächensystems 10' des primären Wärmetauschers 10 grenzen an den Feuerraum 5 an und werden somit insbesondere durch die vom Feuerraum 5 ausgehende Wärmestrahlung beaufschlagt, während die Rohrbündel der beiden Heizflächensysteme lo" und lo"', die in den beiden nachgeschalteten Rauchgaszügen 6' bzw. 6" untergebracht sind, einer Wärmeeinwirkung durch Wärmekonvektion, d.h. durch unmittelbare Berührung dieser Rohrbündel mit den an ihnen entlang streichenden Rauchgasen, ausgesetzt sind. Somit stellen das Heizflächensystem Io' einen Strahlungsteil und die beiden Heizflächensysteme lo" und lo^;" einen Konvektionsteil des Wärmetauschers 10 dar.

Der primäre Wärmeträger wird an einer Stelle 15 in den Ofen 1 eingeführt, durchströmt dann, wie zuvor beschrieben, den primären Wärmetauscher 10 und verlässt schliesslich den Ofen 1 über die Sammeltrommel 16. Hierbei wird der primäre Wärmeträger nicht nur im Wärmetauscher 10 durch die Rauchgase von 'der mit t

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bezeichneten Eintrittstemperatur auf eine mit t,g bezeichnete Austrittstemperatur erhitzt, sondern er erfährt zugleich auch eine partielle oder totale Phasenänderung, weil mindestens eine Teilmenge Q¹ (in kg/h) der Gesamtmenge G (in kg/h) des primären Wärmeträgers infolge seiner Erhitzung in Wärmetauscher 10 aus dem flüssigen Aggregatzustand in den dampfförmigen Aggregatzustand übergeführt -wird, d.h. verdampft wird.

Die Ofeneintrittstemperatur t,_ς des primären Wärmeträgers ist die geringste im Kreislaufsystem 30 des primären Wärmeträgers vorkommende Temperatur (t . ), welche Temperatur t,jjedoch im Hinblick auf etwaige Korrosionen einen Mindestwert (t_c), der in der Grössenordnung von 150 - 200⁰C liegt, nicht unterschreiten darf. Die Austrittstemperatur t,g des primären Wärmeträgers stellt die höchste im geschlossenen Kreislaufsystem 30 vorkommende Temperatur. (t_m„„) dar, und diese Temperatur t,g wird vorzugsweise, unter Ausschaltung der Möglichkeit einer Dampfüberhitzung, als dem Betriebsdruck ρ zugeordnete Sättigungstemperatur (t) gewählt.

Infolge der Wärmeabgabe an die Heizflächen Io', lo" und lo^wt des primären Wärmetauschers 10, und damit an den primären Wärmeträger, kühlen sich die aus dem Feuerraum 5 kommenden heissen Rauchgase ab, so dass ihre mit t„ bezeichnete Austrittstemperatur an der Audtrittsstelle 7 wesentlich unterhalb der im Feuerraum 5 herrschenden, in der Zeichnung mit t,- bezeichneten Feuerraumtemperatur liegt (t- <C t,-). Somit dient der den primären Wärmetauscher 10 durchströmende primäre Wärmeträger, abgesehen von seiner der Verwertung der im Ofen 1 erzeugten nutzbaren Wärme dienenden Zubringer-Funtfkion, zugleich auch als Kühlmedium zur Abkühlung der heissen Rauchgase.

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Da die Heizflächensysteme lo¹, lo" und Ιο"' des primären Wärmetauschers 10 lediglich entsprechend der Wärmekapazität bzw. Nennleistung des Ofens 1 ausgelegt zu werden brauchen, kann der Wärmetauscher 10 in vorteilhafter Weise als Standardausführung in Serienfabrikation hergestellt werden.

Ein zusätzlicher Wärmetauscher 1? ist im Kreislaufsystem 30 des primären Wärmeträgers ausserhalb des Ofens 1 derart angeordnet, dass der primäre Wärmeträger nach Verlassen der Sammeltrommel 16 in ihn eintritt. Der in der Zeichnung mit 17a bezeichnete Sekundärteil dieses zusätzlichen Wärmetauschers ist über eine Vorlaufleitung 17^f sowie eine Rücklaufleitung 17^!' mit einem Wärmeverbraucher 18 verbunden und bildet somit einen in sich geschlossenen Kreislauf, der mit 17b bezeichnet ist. In diesem geschlossenen Kreislaufsystem 17b zirkuliert als sekundärer Wärmeträger z.B. Wasser, wie es insbesondere in Heizungseinrichtungen sehr häufig benutzt wird. Dieser sekundäre Wärmeträger nimmt beim Durchströmen des Wärmetauschers 17 eine gewisse Wärmemenge (in kcal/h) vom heissen primären Wärmeträger auf, wodurch seine Temperatur auf t"^ ansteigt. Diese Wärme gibt der sekundäre Wärmeträger dann an den Wärmeverbraucher ab, wodurch der sekundäre Wärmeträger sich wieder entsprechend abkühlt, so dass seine Temperatur auf t"₂ absinkt. Mit dieser Temperatur t"₂ tritt der abgekühlte sekundäre Wärmeträger dann wieder in den Sekundärteil 17a des Wärmetauschers 17 ein, um dort von neuem auf die Temperatur t", erhitzt zu werden. Hierbei mag, was praktisch sehr häufig vorkommt, die Vorlauftemperatur des sekundären Wärmeträgers t'^ = ca. 70⁰C und seine Rücklauftemperatur t"₂ s ca. 40⁰C betragen.

Bei diesen relativ geringen Betriebstemperaturen des Wärmeverbrauchers Iß, welche weit unterhalb der Temperaturen (t _. t . ) des primären Wärmeträgers liegen, lässt sich, wie früher schon erwähnt,'eine Abzweigung einer Teilmenge des primären Wärmeträgers aus dessen geschlossene^ Kreislaufsystem 30 zwecks unmittelbarer Wärmeversorgung, des Wärmeverbrauchers 18 nicht

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vornehmen. Aus diesem Grund ist im primären Kreislaufsystem 30 der zusätzliche Wärmetauscher 17 vorgesehen, dessen Sekundärteil 17a den Wärmeverbraucher 18 mit Wärme versorgt. Hierbei ist der - zusätzliche Wärmetauscher 17 an derjenigen Stelle des primären Kreislaufsystemes 30 angeordnet, wo der primäre Wärmeträger seine höchste Enthalpie, d.h. seinen höchsten Wärmeinhalt (in kcal/kg) erreicht, d.h. bei der Sättigungstemperatur t . weil eine Dampf-

überhitzung nicht stattfinden soll. Für den zusätzlichen Wärmetauscher 17 kann, wie beim primären Wärmetauscher 10, eine ganz normale, d.h. in Serienfabrikation hergestellte Standard-Konstruktion verwendet werden, die für die thermische Nennleistung des Ofens 1 und den Wärmebedarf des Wärmeverbrauchers 18 unter Berücksichtigung der erforderlichen Regelbarkeit des letzteren ausgelegt wird.

In einem Kühlsystem 11, das zweckmässig ebenfalls Röhren 11b für den Wärmeaustausch aufweist und, ausserhalb des Ofens, in Strömungsrichtung hinter dem zusätzlichen Wärmetauscher 17 im geschlossenen Kreislaufsystem 30 des primären Wärmeträgers angeordnet ist, gibt der primäre Wärmeträger weiterhin Wärme ab, und zwar nunmehr an die Umgebung, wobei entgegengesetzte Phasenänderungen auftreten können, wie im primären Wärmetauscher 10, d.h. ein Uebergang vom dampfförmigen in den flüssigen Aggregatzustand. Bei dieser Abkühlung im Kühlsystem sinken die Enthalpie (in kcal/kg) und die Temperatur des primären Wärmeträgers weiterhin ab, so dass sich beim primären Wärmeträger eine Temperatur t^ einstellt, die aber immer noch über seiner Temperatur t₁₅ bei Eintritt in den Ofen 1 liegt.

Die Wärmeabgabe des primären Wärmeträgers im sekundären Wärmetauscher 11 an die Umgebung kann bei gegebener Umgebungstemperatur t in bekannter Weise erhöht werden, z.B. durch Beaufschlagung des Kühlsystems 11 mit einem Strom kalter Luft, wie dies in der Zeichnung durch einen Luft-Ventilator 11a veranschaulicht ist. Selbstverständlich könnte bei dem als Rückkühler für den primären Wärmeträger dienenden, sekundären Wärme-

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tauscher 11 statt Luft auch Wasser als rückkühlendes Medium verwendet werden.

Die Regelung des zuvor beschriebenen Gesamtsystems soll im folgenden beschrieben werden:

Ein Regelorgan 19, z.B. ein Regelventil, ist im Kreislaufsystem 30 des primären Wärmeträgers zur Anpassung des durch den primären Wärmeträger bewirkten WSrmeaustausches an die jeweilige Wärmebelastung des Ofens 1 angeordnet. Mit Hilfe des Regelorgans 19 kann die Durchflussmenge G (in kg/h) des primären Wärmeträgers an die jeweilige Wärmeleistung des Ofens 1 angepasst werden, wobei aber für eine Korttanthaltung der Rauchgasaustrittstemperatur t„ und insbesondere der im Hinblick auf Korrosionen nicht zu unterschreitenden Mindesttemperatur t„ des primären Wärmeträgers an der Ofeneintritts-

stelle 15 (t,_κ = t ) gesorgt werden muss. ±o c

Zu diesem Zweck ist ein Temperaturfühler 24 an der Austrittsstelle 7 der Rauchgase angeordnet, der auf eine Steuereinrichtung 25 einwirkt, welch¹ letztere entweder das Regelventil 19 oder die Umwälzpumpe 23 oder beide steuert, um so die Menge des primären Wärmeträgers, der im geschlossenen primären Kreislaufsystem 30 umgewälzt wii-i, in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur t„ der den Ofen 1 verlassenden Rauchgase zu regulieren. W_enn die Umwälzpumpe 23 beispielsweise eine regelbare Verdrängerpumpe ist, dann steuert die Einrichtung 25 die Durchflussmenge im geschlossenen primären Kreislaufsystem 30 durch Regulierung des Verdrängungsraumes der Pumpe 23. Wenn es aber erwünscht ist, dass die Förderleistung einer solchen Pumpe 23 nicht unter einen Mindestwert absinkt, dann kann unter solchen Umständen die Steuereinrichtung 25 zugleich auch das Regulierventil 19 steuern. Wenn andererseits die Umwälzpumpe 23 eine Pumpe mit unveränderlicher, d.h. konstaiter Förderleistung ist,

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dann wirkt die Steuereinrichtung 25 nur auf das Regelventil und öffnet bzw. schliesst dieses Ventil entsprechend, wieder in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur t„ der Rauchgase, wodurch die Durchflussmenge des primären Wärmeträgers im geschlossenen primären Kreislaufsystem 30 reguliert wird.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, zur Regelung des primären Kreislaufsystems 30 den Betriebsdruck ρ des primären Wärmeträger s heranzuziehen, indem diser auf einem vorgewählten Niveau, z.B. auf 25 ata, konstant gehalten wird.

In entsprechender Weise ist ein Regelorgan 20, z.B. ein Regelventil, zur Anpassung der effektiv an den Wärmeverbraucher 18 abgegebenen Wärmemenge (kcal/h) an dessen jeweiligen Wärmebedarf im geschlossenen Kreislauf 17b des sekundären Wärmeträgers angeordnet, mit dessen Hilfe die Durchflussmenge 6" (in kg/h) des sekundären Wärmeträgers (z.B. Warmwasser) an die jeweilige Wärmeentnahme durch den Wärmeverbraucher 18 angepasst werden kann. Hierbei ist es unter Umständen zweckmässig, mit Hilfe des Regelorgans 20 die zu Nutzzwecken abgenommene Wärmemenge (kcal/h) je nach dem Wärmebedarf bis zu ihrer kompletten Annullierung zu reduzieren, d.h. das Regelorgan 20 zugleich auch als Abschlussorgan verwenden zu können.

Hierbei können die in den beiden geschlossenen Kreislaufsystemen 30 und 17b des primären bzw. sekundären Wärmeträgers angeordneten Regelorgane 19 und 20 in Abhängigkeit von der Wärmebelastung des Ofens 1 bzw. der Nutzwärmeabnahme durch den Wärmeverbraucher 18 selbsttätig regelbar sein, wobei es leicht möglich ist, diese beiden Regelorgane 19 und 20 mit Hilfe messbarer Grossen durch Konstanthaltung derselben bei vorbestimmten Sollwerten zu steuern. Es wurde zuvor bereits beschrieben, dass

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das Regelventil 19 in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur *t~ der Rauchgase zum Zwecke der Regulierung der Durchflussmenge des primären Wärmeträgers im geschlossenen primären Kreislaufsystem 30 mittels des Temperaturfühlers 24 gesteuert wird, um dadurch die Austrittstemperatur t_? konstant zu halten. Eine entsprechende Steuereinrichtung 32 kann aber auch für die Steuerung des Regelventils 20 zur Regelung des sekundären Wärmeträgers vorgesehen sein und auch eine Umwälzpumpe 33, die durch diese Steuereinrichtung 32 gesteuert wird, kann im geschlossenen, sekundären Kreislaufsystem 17b angeordnet werden, wenn dies gewünscht wird.

Der Hauptvorteil des zuvor beschriebenen Müllverbrennungsofens besteht darin, dass nunmehr eine einwandfreie Abkühlung der Müllrauchgase im Ofen ohne Gefährdung und Betriebsbeeinträchtigung des letzteren erreicht und zugleich ein Wärmeverbraucher vom Verbrennungsofen her mit nutzbarer Wärme versorgt werden kann_s ohne dass die Verschiedenheit der in Frage kommenden Wärmeverbraucher und ihrer Betriebsbedingungen für die Verwirklichung des geschlossenen Kreislaufs des als Kühlmedium für die Abkühlung der Rauchgase, sowie als Wärmeträger für dia Wärmeversorgung des Wärmeverbrauchers dienenden Mediums in jedem Falle eine besondere Anordnung und Auslegung der benutzten Wärmeaustauschsysteme erfordert. Somit ist hier eine teure Einzelfertigung, gewissermassen als Sonderlösung für den jeweils gerade vorliegenden Fall, nicht erforderlich.

Hierbei wird eine Abzweigung einer bestimmten Menge des Wärmeträgers aus dem genannten geschlossenen Kreislauf zwecks Belieferung des Wärmeverbrauchers mit Wärme nicht vorgenommen. Somit besteht der weitere Vorteil, dass auch sogar in jenen sehr häufigen Fällen, wo die Wärmeverbraucher aus Heizungseinrichtungen mit Warmwasser als sekundärem Wärmeträger bestehen und wo somit wegen der geringen Betriebstemperaturen (t» s ca. 70oC und t"₂ = ca. 40°C) eine Abzweigung eines Teilstromes aus dem Kreislaufsystem des primären Wärmeträgers

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zur unmittelbaren Versorgung des Wärmeverbrauchers mit der Wärme des primären Wärmeträgers gar nicht durchführbar ist, gleichwohl die Wärmeversorgung einer solchen Heizungseinrichtung durch den Müllverbrennungsofen realisiert werden kann.

Ein weiterer Vorteil dieses Verbrennungsofens besteht darin, dass die durch die aggressive Natur der Verbrennungsgase bedingten Korrosionen vermieden werden, die bei einer Abzweigung eines Teilstromes des primären Wärmeträgers aus dessen Kreislauf zwecks Versorgung eines Wärmeverbrauchers dadurch entstehen, dass eine gleich grosse Menge desselben f Wärmeträgers bei einer relativ niedrigen, der Umgebungstemperatur t_Q entsprechenden Temperatur in diesen Kreislauf eingespeist werden muss.

Wie bereits erwähnt wurde, kann der Ofen mit zusätzlichem Wärmetauscher (17), jedoch ohne Umwälzpumpe (12) ausgeführt werden, wobei dann die Umwälzung des primären Wärmeträgers lediglich durch den "Thermosyphon"-Effekt bewirkt wird. Berücksichtigt man, dass überdies durch Erhöhung des Druckes im Kreislaufsystem (30) des primären Wärmeträgers (z.B. auf 25 ata) die Dimensionen, z.B. der Durchmesser der Sammeltrommel 16, verringert werden können, so ergibt sich in t konstruktiver Hinsicht eine relativ kompakte Bauweise.

Wenn der Wärmeverbraucher 18 unter Umständen einen derartigen Wärmebedarf hat, dass er mit Hilfe des zusätzlichen Wärmetauschers 17 dem primären Wärmeträger soviel Wärme entzieht, dass dieser nach Austritt aus dem Wärmetauscher 17 bereits die für den Eintritt in den Ofen an der Stelle 15 vorgesehene Eintrittstemperatut Ct₁₅ = t■ . = t_c) besitzt, dann kann auf den sekundären Wärmetauscher 11 unter Umständen sogar ganz verzichtet werden, weil in diesem Fall der für den Wärmeverbraucher 18 vorgesehene, zusätzliche Wärmetauscher 17 zugleich auch als Rückkühler für die Kühlung des im Ofen 1 mittels

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des primären Wärmetauschers 10 durch die Rauchgase erwärmten primären Wärmeträgers dienen kann.

Es besteht unter Umständen auch die Möglichkeit, eine entsprechend der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführung gebaute Anlage so zu fahren, dass der sekundäre Wärmetauscher 11 jeweils nur dann in Betrieb genommen wird, wenn die Wärmeentnahme aus dem primären Wärmeträger durch den Wärmeverbraucher 18 relativ gering ist, während sonst, z.B. bei relativ grosser Wärmeentnahme, der Luftventilator 11a stillgesetzt oder/und der primäre Wärmeträger über eine ψ Umgehungsleitung um den sekundären Wärmetauscher 11 herumgeleitet wird, d.h. der letztere vom primären Wärmeträger umgangen wird.

Die Erfindung ist somit keineswegs an die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform gebunden, sondern die Einzelheiten können innerhalb des Rahmens der Erfindung variiert werden.

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Claims (2)

Aktenzeichen: P 15 26 097.6 1K9R0Q7 Anmelder: Von Roll AG Patentansprüche

1. Verbrennungsofen für Stadt- und/oder Industriemüll, bei dem innerhalb des Ofens zur Abkühlung der Müllrauchgase auf ihrem Wege vom Feuerraum zur Abgasreinigungseinrichtung ein aus einem Röhrensystem bestehender Wärmetauscher angeordnet ist, dessen Röhren von den Müllrauchgasen auch bestrichen und von einem Wärmeträger durchströmt werden "zum Zwecke der Herabsetzung der Rauchgastemperatur bis auf den für die anschliessende notwendige Rauchgasentstaubung zulässigen Wert', dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Seite des Feuerraumes (5) des für eine Rauchgaskühlung ohne direkte Wärmeverwertung eingerichteten Müllverbrennungsofens (1) begrenzende, aus einem Strahlungsteil (10') und mindestens einem Konvektionsteil (10", 10"') bestehende Wärmetauscher (10) als primärer Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreislaufsystem (30) für den in diesem System (30) umgewälzten, als Kühlmedium für die Müllrauchgase dienenden Wärmeträger angeordnet und im gleichen Kreislaufsystem (30), jedoch ausserhalb des Müllverbrennungsοfens (I), zur indirekten Wärmeverwertung mindestens eines Teiles der in ihm (1) erzeugten Wärme ein mit seinem Sekundärteil (17a) an einen Wärmeverbraucher (18) angeschlossener zusätzlicher Wärmetauscher (17) sowie ein diesem nachgeschalteter, als Rückkühler für den Wärmeträger des geschlossenen Kreislaufsystems (30) dienender, sekundärer Wärmetauscher (11) angeordnet sind, dass ferner in den beiden Kreislaufsystemen (30, 17b) des primären und sekundären Wärmeträgers mindestens je ein aus einem Regelventil (19 bzw. 20) oder/und einer Umwälzpumpe (23 bzw. 33) bestehendes Durchfluss-Regelorgan ange-

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ordnet ist, und dass das im Kreislaufsystem (30) des primären Wärmeträgers angeordnete Durchfluss-Regelorgan (19 oder/und 23) zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur (t„) der aus dem Müllverbrennungsofen (1) austretenden Müllrauchgase unter Anpassung der Durchflussmenge (G) des primären Wärmeträgers an die jeweilige Wärmebelastung des MüllVerbrennungsofens (1) durch einen im Rauchgas-AustrittsstutzEn (7) des Ofens (1) angeordneten Temperaturfühler (24) über eine Steuereinrichtung (25) in Abhängigkeit von der Rauchgas-Austrittstemperatur (t„) und das im Kreislaufsystem (17b) des ™ sekundären Wärmeträgers angeordnete Durchfluss-Regelorgan (20 oder/und 33) unter Anpassung der Durchflussmenge (G") des sekundären Wärmeträgers an die Nutzwärmeabnahme durch den Wärmeverbraucher (18) mit Hilfe einer als Steuergrösse dienenden messbaren Grosse unter Konstanthaltung der letzteren bei einem vorbestimmten Sollwert gesteuert sind, wobei das im Kreislaufsystem (17b) des sekundären Wärmeträgers angeordnete Durchfluss-Regelorgan (20 oder/und 33) durch einen im Rauchgas-Austrittsstutzen (7) des Müllverbrennungsofens (1) angeordneten Temperaturfühler (24) über eine Steuereinrichtung (32) zugleich in Abhängigkeit von der Rauchgas-Austrittstemperatur (t„) gesteuert ist.

2. Müllverbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre und der zusätzliche Wärmetauscher (10, 17) für die thermische Nennleistung des MüllVerbrennungsofens (1) ausgelegt sind.

Jr/cb 14.8.1969

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