DE1551836B1

DE1551836B1 - Anlage zur Verbrennung organischen Abfallmaterials in einem Wirbelschichtofen

Info

Publication number: DE1551836B1
Application number: DE19671551836
Authority: DE
Inventors: Albertson Orris Earl
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1966-12-08
Filing date: 1967-11-28
Publication date: 1971-01-28
Also published as: BE707677A; NL6716745A; SE336187B; AT278706B; GB1166740A; FR1550515A; CH469225A; US3366080A

Description

Die Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Sprüh- 15 gehalten, indem man die Raumgeschwindigkeit, mit düse in der Zuführleitung zur Lenkung des Schlammes der die Auf ström- und Verbrennungsluft in die gegen die Wände des Beruhigungsraumes mit ge- Schicht eingeführt wird, auf einem ziemlich hohen trennter Einstellung der Düse zur- Veränderung des Wert von 0,9 bis 2,1 m/s hält. Die erzeugte äußerst Austrittswinkels der Düse und der Teilchengröße des
in dem Beruhigungsraum versprühten Schlammes
vorgesehen ist. Durch Einstellung des Austritts

winkels kann der Schlammkegel die Wände des Beruhigungsraumes auf verschiedenen Höhen oberhalb der Wirbelschicht beaufschlagen, um die Wärmeturbulente und expandierte Wirbelschicht stößt Strahlen aus anormalen Höhen im Verhältnis zur Schichttiefe aus, so daß Teilchen auf einen großen Abstand oberhalb der Schicht ausgestoßen und von den Abgasen mitgenommen werden. Ein Hilfsbrennstoffeinlaß 26 führt Brennstoff über eine Leitung 27

kontaktzeit zu vermindern oder zu steigern und damit 25 in die Wirbelschicht 18 ein, wenn die Schichttempedas - Ausmaß der Wärmeübertragung und die im ratur unter einen gewünschten Wert fallen sollte. Die Beruhigungsraum eintretende Verdampfung zu Steuerungen für die Brennstoffeinführung und die steigern oder zu vermindern. Indem man die Teilchen- Temperaturfühler sind nachstehend im einzelnen begröße des Schlammsprühstrahles einstellt, beeinflußt
man auch das Ausmaß der Verdampfung und Wärme- 30
Übertragung.

Nachdem die Schlammteilchen im Beruhigungsraum teilweise getrocknet worden sind, sinken sie zur Verbrennung und Zerkleinerung in die Wirbelschicht

ab. Einige kleinere Teilchen können infolge der inten- 35 trennte Feststoffe. Mechanisch, beispielsweise durch siven Verbrennung im Beruhigungsraum bzw. in der einen Filter oder eine Zentrifuge 35, entwässertes Grenzschicht unmittelbar oberhalb der Wirbelschicht
vollständig verbrannt und in eine feine Asche übergeführt werden, die von den aufsteigenden Gasen

mitgenommen und aus dem Reaktionsgefäß entfernt 40 wird und unter Schwerkraft absinkt, wird. Um die größeren Teilchen zu zünden und zu Am Ende der Zuführleitung 42 ist eine Sprühdüse

zerkleinern, wird vorzugsweise eine Strahlschicht statt einer gewöhnlichen Wirbelschicht mit einer Tiefe von 1,5 bis 1,8 m verwendet. Der Sprühstrahleffekt wird dadurch erreicht, daß man' die Verbrennungsluft durch die Schicht mit einer Raumgeschwindigkeit von etwa 0,9 bis 2,1 m je Sekunde hindurchbläst, die weit höher ist,, als sie für normale Wirbelschichtbildung erforderlich ist. Infolgedessen ergibt sich eine äußerst aktive turbulente und expandierte Schicht, die in Strahlen und Spritzern erheblich über den Schichtspiegel ansteigt. Eine solche Strahlendüsenschicht bietet zwei Vorteile, bei einem.. Verbrennungssystem für organischen Abfall. Zunächst wird die zerkleinerte

und verbrannte Asche in^l:ds*ff B8i?ühigungsraum mit 55 Gefäßwand abprallt, einzustellen, so daß die Verweileinem ausreichenden Moment geschleudert, um sie zeit der Rohstoffteilehen im Beruhigungsraum und in den aufsteigenden Gasen mitzuführen und dadurch damit der Verdampfungsgrad gesteuert werden, aus dem Gefäß zu entfernen. Zweitens gehen die Erhöhung oder Verminderung der Drehgeschwindig-Materialstrahlen alle in ihrem Zustand einer inten- keit des Kegels 44 durch Einstellung des Motors 58 siven Turbulenz und Aktivität durch die extrem 60 beeinflussen die Eintrittsgeschwindigkeit des Schlamheiße Schicht unmittelbar oberhalb der Wirbelschicht mes und damit seine Teilchengröße. Über den

schrieben.

Der obere Teil 12 des Wirbelschichtofens umschließt den Beruhigungsraum 28, einen Vorheizbrenner 30 zur Unterstützung der Inbetriebsetzung, eine Schlammzuführleitung 32, eine Auslaßleitung 34 für Abgase und eine Rückführleitung 33 für abge-

Abfallmaterial wird durch Leitung 38 mittels einer Förderschnecke 40 zur Zuführungsleitung 42 gefördert, wo es mit Luft aus dem Einlaß 43 vermischt

32 mittels eines senkrecht einstellbaren drehbaren Kegels 44 gebildet. Dieser ist an der Welle 46 befestigt, die wiederum durch Kupplung 48 an den Kolben 50 eines hydraulischen Zylinders 52 angeschlossen ist. Eine Antriebsscheibe 53 sitzt fest auf der Welle 46, um diese mittels Riemen 56, Scheibe 57 und Motor 58 in Drehung zu versetzen. Eine Gabel 59, ein Keil 60 und Lager 61 gestatten eine senkrechte Verstellung der Scheibe 54. Der hydraulische Zylinder 52 hebt und senkt den Kegel 44, um den Austrittswinkel des Abfallmaterials in den Ofen und damit die Höhe der Stelle-im Beruhigungsraum gegenüber der Wirbelschicht, wo der Sprühstrahl von der

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und nehmen etwas von deren Wärme auf. Diese Wärmeübertragung aus dem Beruhigungsraum in die eigentliche Wirbelschicht setzt den Bedarf für zusätzlichen Treibstoff des Systems herab.

Die Zeichnung stellt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung mit einigen Kontroll- und Regeleinrichtungen vereinfacht dar.

Umfang des Kegels 44 sind Schaufeln 60 verteilt, um die Drehgeschwindigkeit auf die Materialteilchen zu übertragen.

Durch diese Steuerung der Verweilzeit der Teilehen im Beruhigungsraum und der Teilchengröße läßt sich auch die Menge verdampfter Feuchtigkeit aus den Rohstoffteilchen und die Wärmeübertragung

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von den aufsteigenden Verbrennungsgasen auf die Geschwindigkeit von etwa 0,9 bis 2,1 m/s erzeugt absinkenden Rohstoffteilchen regeln. Die Mindest- wird, steigt und fällt die Strahlwirbelschicht in temperatur für die Geruchsbeseitigung von etwa großen Spritzern über die ganze Schicht von inten-730° C kann auf diese Weise aufrechterhalten siver Hitze, die sich unmittelbar über der Wirbelwerden, sogar wenn die Zusammensetzung des Abfall- 5 schicht befindet. Auf diese Weise absorbiert die materials schwankt. Wenn beispielsweise die Tempe- Wirbelschicht etwas Wärme aus dem Beruhigungsratur im Beruhigungsraum anzusteigen beginnt, kann raum, so daß der Bedarf an Hilfsbrennstoff für die die relative Lage des Kegels 44 in der Düse 32 einge- Erhaltung der Zündtemperatur weiter herabgesetzt stellt werden, um den Eintrittswinkel zu verändern wird.

und die Verweilzeit der Rohstoffteilchen zu erhöhen. io Die entweichenden Gase mit Asche, Staub und Statt dessen kann auch die Drehgeschwindigkeit des teilweise verbrannten Teilchen werden vom Auslaß Kegels 44 gesteigert werden, wodurch den Teilchen 34 zu einem Heißgaszyklon 64 übergeführt. Es ist zu in der Düse 32 eine erhöhte Geschwindigkeit erteilt bemerken, daß alle aus dem Ofen ausgetragenen Prowird, und sie mit größerer Wucht auf die Wandung dukte, solange die Temperatur der Austrittsgase auf 12 auftreffen und zerkleinert zurückgeschleudert 15 mindestens etwa 730° C gehalten wird, vollständig werden. Die kleineren Teilchen geben mehr Feuchtig- geruchfrei sind, selbst wenn einige Teilchen, z. B. keit ab, was zur Herabsetzung der Austrittstemperatur Kohlenstoff, nicht vollständig verbrannt sein sollten: der Abgase führt. In gewissen Fällen können je nach Der Zyklon dient drei Grundaufgaben. Erstens wird der Zusammensetzung des Abfallmaterials und durch Rückführung von Sand und Staub zum Ofen seinem Feuchtigkeitsgehalt die Drehgeschwindigkeit 20 eine hohe Staubbeladung aufrechterhalten, um als des Kegels 44 und seine senkrechte Stellung in der Wärmebecken zu wirken. Zweitens wird durch RückDüse 32 eingestellt werden, z. B. wenn die Austritts- führung etwa nur teilweise verbrannter Teilchen die temperatur der Abgase unter den Mindestwert von Belastung für eine folgende Trennanlage herabgesetzt 730° C für die Geruchsbeseitigung fallen sollte. und der Gehalt von mitgerissenen Feststoffen inner-

Die kontinuierliche Versprühung der Schlamm- 25 halb der gewünschten gesundheitlichen Grenzen geteilchen gegen die Ofenwand ergibt eine lokale halten, und drittens werden organische Feststoffe im Kühlung und damit einen Aufbau von Schlamm- Aschekreislauf oxydiert. Die im Zyklon 64 abgeteilchen längs der Wand in diesem relativ kühlen trennten Feststoffe werden durch Leitungen 66 und Bereich. Um diesem Effekt zu begegnen, kann der 33 in den Ofen 10 in die Schicht größter Turbulenz Kegel 44 in seiner senkrechten Stellung kontinuierlich 30 dicht oberhalb der Wirbelschicht 18 zurückgeführt, verstellt werden, so daß der beaufschlagte Bereich Ein Abzapfauslaß 70 mit Ventil 72 in der Leitung 66 der Wand innerhalb einer bestimmten Zeitdauer dient zur Entfernung eines Teiles des Rücklaufes aus wechselt. Temperaturkompensationen zur Verände- dem Zyklon, um das richtige Gleichgewicht im System rung der Austrittstemperatur der Abgase können da- aufrechtzuerhalten. Nach Austritt aus dem Zyklon 64 durch erfolgen, daß man den Bereich der senkrechten 35 können die Abgase gewünschtenfalls durch einen Hin- und Herbewegung verschiebt oder die Dreh- Wärmetauscher 74 zur Vorwärmung von Verbrengeschwindigkeit des Kegels steigert oder vermindert. nungsluft und durch einen Wäscher 76 zur Entfernung Ein kontinuierliche Verschiebung der senkrechten etwa zurückgebliebener mitgerissener Teilchen geleitet Kegelstellung kann z. B. durch einen Nocken, auto- werden, bevor sie in die Luft entlassen werden,
matische Schaltung von Einlaß- und Auslaßseite des 40 Verbrennungsluft wird dem Windkasten 16 vom hydraulischen Zylinders oder durch Federn erreicht Gebläse 78 durch Leitung 80 mit Einlaß 20 zugeführt, werden. Wenn man Verbrennungsluft vor ihrer Einführung

Die Teilchen treffen bei ihrem Eintritt unmittelbar in den Windkasten vorheizen will, kann ein autoauf die heißen Gase und mitgerissene Asche aus der matisch gesteuertes Nebenschlußventil 82 in Leitung Wirbelschicht. Es ergibt sich eine rasche Wärmeüber- 45 80 vorgesehen sein. Die Luft wird dann durch tragung, wobei die Feuchtigkeit in den Rohstoffteil- Leitung 84 zum Wärmetauscher 74 abgezweigt und chen zuerst in dem oberen Teil des Beruhigungs- durch Leitung 86 zu Leitung 80, Einlaß 20 und raumes verdampft und die Teilchen dann selbst in Windkasten 16 zurückgeführt.

dessen unterem Teil zu brennen anfangen. Wenn die Ein Überwachungsrohr 90 in Gasauslaß 34 lenkt

Teilchen weiter absinken, werden Wärme und Ge- 50 einen Teil der entweichenden Gase und mitgerissenen schwindigkeit der aufsteigenden Gase intensiver. Der Feststoffen zu einemZustandsanalysator 92, derkontidargestellte Wirbelschichtofen ist für diese Betriebs- nuierlich die Gase aus dem Rohr 90 auf Temperatur, weise besonders gut geeignet, weil die Gasgeschwin- Sauerstoffgehalt und etwaige sonstige Kennzeichen digkeit unmittelbar oberhalb der Wirbelschicht am überwacht und das Ergebnis mit den vorbestimmten größten ist und mit dem Abstand von der Schicht 55 gewünschten Werten vergleicht. Der Analysator 92 abnimmt. Alle größeren Teilchen, die nicht von den wird die relative Höhe des Kegels 44 in der Düse 32 austretenden Gasen mitgenommen werden, fallen in durch ein Signal zu einer nicht dargestellten Pumpe die Schicht zurück, wo sie weiter durchgemischt und und ein Vierwegventil 94 einstellen. Der Kolben 50 verglüht werden. Es hat sich gezeigt, daß die Kegel- und die Welle 46 werden entsprechend bewegt, um form der Wirbelschicht den Wirkungsgrad erhöht, 60 Schließmittel im hydraulischen Zylinder 54 zu weil das Luftvolumen bei der Wirbelschichttempe- schalten und so die Lage von Kegel 44 in der Düse ratur annähernd gleich 55 bis 75 % des höchsten 32 einzustellen. Ein Signal vom Analysator 92 zum Gasvolumens einschließlich Feuchtigkeit ist. Motor 58 wird auch die Drehzahl des Kegels 44 je

Die Teilchen entzünden sich in der Strahlwirbel- Minute steigern oder vermindern. Außerdem hält er schicht und werden durch die Sandkörner zerkleinert. 65 die richtige Sauerstoffkonzentration für eine voll-Die feine Asche wird dann nach oben ausgestoßen. ständige Verbrennung im System durch ein geeignetes Infolge ihres expandierten Zustandes und der Signal an die Abfallmaterial-Luftverhältnissteuerung außerordentlich starken Turbulenz, die durch die 96 aufrecht. Die Steuerung dieses Verhältnisses ist

elektrisch an das Kontrollventil 98 in der Zulaufleitung 38 und an das Verbrennungsluftgebläse 78 angeschlossen, um die Zuführung von organischem Äbfallmaterial oder von Luft zum Ofen zu regeln.

Die Temperatur der Wirbelschicht kann auch auf den gewünschten Werten mittels eines Thermoelementes 100 gehalten werden, das elektrisch an eine Wirbelschichttemperatursteuerung 102 angeschlossen ist. Diese Kontrolle ist elektrisch an das Umgehungsventil 82 in der Verbrennungsluft-Leitung 80 und an ία Ventil 104 in der Brennstoffzuführleitung 27 angeschlossen. Wenn die Temperatur in der Wirbelschicht die gewünschten Grenzen überschreiten sollte, kann auch die Menge vorerhitzter Luft herabgesetzt werden. Wenn die. Wirbelschicht zu kalt wird, kann Hilfsbrennstoff durch ein Signal an Ventil 104 zugesetzt oder mehr Luft durch Einstellung des Ventils 82 vorgeheizt werden.

Claims

Patentansprüche: sSO

1. Anlage zur Verbrennung organischen Abfallmaterials in einem Wirbelschichtofen mit einem Windkasten, einer luftdurchlässigen Einsehnürungsplatte, einer Wirbelschicht auf der Einschnürungsplatte, einem Beruhigungsraum oberhalb der Wirbelschicht, einem Auslaß am oberen Ende des Beruhigungsraums zur Abführung von Verbrennungsprodukten des verbrannten organischen Materials, einer Leitung zur Zuführung von organischem Abfallschlamm zum oberen Ende des Beruhigungsraumes, gekennzeichnet durch eine Sprühdüse (32) in der Zuführleitung (42) zur Lenkung des Schlammes gegen die Wand (12) des Beruhigungsraumes (28) mit getrennter Einstellung (46,59, 60, 61, 52) der Düse zur Veränderung des Austrittswinkels der Düse und der Teilchengröße des in den Beruhigungsraum versprühten Schlammes.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an die Sprühdüse (32) angeschlossenen Zylinder (52) zur senkrechten Einstellung der Düse in der Zuführleitung (42) und Veränderung des Eintrittswinkels des organischen Abfalls in den Beruhigungsraum (28).

3. Anlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (52) zur kontinuierlichen senkrechten Hin- und Herbewegung des Sprühdüsenkegels (44) eingerichtet ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen an den Sprühdüsenkegel (44) angeschlossenen und diesen in der Zuführleitung (42) in Drehung versetzenden Motor (58).

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühdüsenkegel (44) zum Teil aus der Zuführleitung (42) herausragt und Schaufeln (60) besitzt, die die Drehbewegung auf das einlaufende organische Abfallmaterial übertragen.

6. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung (92) zur Ein- | stellung der Lage des Düsenkegels (44), zur getrennten Veränderung des Austrittswinkels und der Teilchengröße des in den Beruhigungsraum (28) eingesprühten Schlammes.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (92) bei einer Änderung in der Temperatur und/oder im Sauerstoffgehalt der durch den Gasauslaß (34) gehenden Abgase betätigt wird.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtofen (10) im Bereich der Wirbelschicht (14) entsprechend des auf Grund der Verbrennung des Abfallmaterials in der Wirbelschicht erzeugten Gasvolumens verjüngt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen