DE1551856C3

DE1551856C3 - Verfahren zum Veraschen brennbarer feuchter Abfallstoffe

Info

Publication number: DE1551856C3
Application number: DE1551856A
Authority: DE
Inventors: Takashi Tokio Shirai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-02-23
Filing date: 1967-02-23
Publication date: 1975-11-06
Also published as: US3411465A; DE1551856B2; DE1551856A1; GB1173955A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Veraschen brennbarer feuchter Abfallstoffe durch deren Einführung in ein Wirbelbett ays inertem körnigem Material, dem die zur Verwirbelung und Veraschung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gase durch eine untere Lochplatte hindurch zugeführt wird, wobei Einrichtungen zum ständigen Austragen der Veraschungsprodukte und des Wasserüberschusses, und zur Zuführung von Heizgasen in die Wirbelschicht vorgesehen sind.

Ein derartiges Verfahren und die dazu brauchbare Vorrichtung beschreibt die französische Patentschrift 13 78 442.

Um das mit den feuchten Abfallstoffen eingetragene Wasser gleichzeitig mit der Verbrennung zur Verdampfung zu bringen, ist es nach den Angaben in dieser Patentschrift erforderlich, die einzublasende Verwirbelungs- und Verbrennungsluft auf eine Temperatur von etwa 370⁰C vorzuheizen. Bei einer solchen Arbeitsweise werden aber die Apparateteile, die sich in der Nähe der Gasverteilungseinrichtung befinden, einer Temperatur von derart beträchtlicher Höhe ausgesetzt, daß bei der Auswahl der zur Herstellung dieser Apparatur dienenden Werkstoffe hohe Ansprüche an Feuerfestigkeit, übereinstimmende Wärmeausdehnungsverhältnisse usw. beachtet werden müssen, die zum Aufbau dienenden Werkstoffe also unvermeidlich kostspielig sind und einem hohen Verschleiß unterliegen.

Es kommt hinzu, daß die Feststoffe, die sich in der Nähe der Gasverteilungsvorrichtung befinden, wo die Temperatur extrem hoch wird, einer Sinterung unterliegen und teilweise mit Verbrennungsprodukten zusammen mit größeren Teilchen zusammenbacken, was zu einer Störung der richtigen kontinuierlichen Arbeitsweise der Apparatur führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Veraschen brennbarer wasserhaltiger Abfallstoffe zu schaffen, das auch bei hohem Wassergehalt der Abfallstoffe keine komplizierten Vortrocknungsstufen benötigt, längere Zeitdauer hinweg ungestört kontinuierlich arbeitsfähig bleibt, geringe Anforderungen an die Hitzebeständigkeit der Werkstoffe für die Apparateteile des Verbrennungsofens stellt und einen hohen thermischen Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) die sauerstoffhaltigen Gase werden mit Umgebungstemperatur oder nur schwach vorgewärmt eingeblasen;

b) die Gasströmungsgeschwindigkeit im Wirbelbett wird auf etwa den 3- bis 15fachen Wert der für die Aufrechterhaltung des Wirbelbettes erforderlichen Minimalgeschwindigkeit eingestellt;

c) innerhalb der Wirbelschicht wird zumindest direkt oberhalb der Lochplatte eine Rührvorrichtung mit nicht mehr als 30 Umdrehungen pro Minute quer zur Gasströmungsrichtung betrieben.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Feststoffe im Wirbelbett durch die Rührvorrichtung vom unteren Bereich des Wirbelbettes nach oben und vom oberen Bereich des Wirbelbettes nach unten gefördert werden und bei einer unterteilten Rührvorrichtung die im oberen Teil der Wirbelschicht angeordnete Rührvorrichtung mit nicht mehr als 15 Umdrehungen pro Minute betrieben wird.

Der Einbau von Rührvorrichtungen in Wirbelbettschichten zur Abfallverbrennung zwecks Verhinderung von Zusammenklumpungen ist aus der DT-AS 10 02 293 bekannt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe beruht im Prinzip darauf, daß man bei der Verbrennung die Ausbildung der verklumpten Massen aus dem verwirbelten inerten Material und den Abfallstoffen durch Verwendung einer die Lochplatte und den untersten Wirbelbettbereich kühlenden Einblasluft bei gleichzeitiger langsamer Rührung dieses Bereiches vermeidet und trotz dieser Kühlungsmaßnahmen eine ausreichende Veraschung in der Verbrennungszone erzielt, indem man durch Einstellen einer extrem hohen Einblasgeschwindigkeit der Verwirbelungs- und Verbrennungsluft im oberen Teil des Wirbelbettes eine Flüssigkeitsanstau- und Rückflutungserscheinung bewußt hervorruft Auf diese Weise wird das mit den feuchten Abfallstoffen eingetragene Wasser zu einem erheblichen Anteil daran gehindert, bis in die Verbrennungszone zu gelangen; diejenigen Teilmengen des Wassers, welche sich durch diese Zurückdrängung nicht von den feuchten Abfallstoffen abtrennen lassen, also bis in die tieferen Bereiche des Wirbelbettes vordringen, werden oberhalb der Verbrennungszone durch die heißen Verbrennüngsabgase verdampft, steigen in Dampfform zusammen mit den Verbrennungsabgasen, weiche durch diesen Verdampfungsprozeß etwas abgekühlt werden, aus der Troeknungszone in die oberen Bereiche des Wirbelbettes. Falls es sich bei den zu veraschenden Abfallstoffen um solche handelt, mit denen sehr große

Mengen Wasser eingeschleppt werden, befindet sich in diesem oberen Bereich des Wirbelbettes eine größere Menge zurückgedrängtes Wasser in flüssiger Form und bewirkt eine Kondensation des aufsteigenden Wasserdampfes; in solchen Fällen muß für eine Ableitung des überschüssigen flüssigen Wassers aus diesem Bereich gesorgt werden.

Wenn feuchte Abfallstoffe verascht werden, erweisen sie sich gewöhnlich als leichter als die Durchschnittsdichte des Wirbelbettes aus inertem körnigem Material (bei Verwendung von Sandkörnern liegt die Mitteldichte im allgemeinen im Bereich von 1,2 bis 1,3 g/cm³); infolgedessen sinken die Abfallstoffe nur während kurzer Zeit nach der Eingabe auf das Wirbelbett unter dem Einfluß ihres hohen Wassergehaltes unter die Oberfläche des Wirbelbeltes. Dort werden sie jedoch sofort ausgetrocknet und verlieren an Gewicht, so daß sie wieder an die Oberfläche aufsteigen. Demzufolge findet die Verbrennung vorwiegend in demjenigen Bereich des Wirbelbettes statt, der oberhalb der mittleren Höhe liegt. Auch dann, wenn einige Klumpen von Material bis zum Boden des Wirbelbettes absinken, werden sie durch die Wirkung der Rührvorrichtung nach oben getrieben ohne die Verwirbelung zu behindern. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung von 30 Umdrehungen pro Minute reicht in jedem Falle aus; sie kann in vielen Fällen bis auf 1 Umdrehung pro Minute herabgesetzt werden.

Die Zuführungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases in das Wirbelbett hängt nur teilweise von der Natur der zu veraschenden Abfallstofffe und den Eigenschaften des zu verwirbelnden inerten Materials sowie der Verbrennungsgeschwindigkeit ab, sondern sie ist dadurch bestimmt, daß sie ausreichen soll, um ein Abwärtsfließen von Wasser innerhalb der Schicht von Feststoffteilchen zumindest zu verhindern oder, umgekehrt sogar, in der Säule vorhandenes Wasser nach oben zu drängen und dabei eine Entwässerungswirkung zu erreichen und das Wasser aus den zu veraschenden Abfallstoffen abzutrennen. Das bedeutet, daß bei der erfindungsgemäßen kontinuierlichen Arbeitsweise ein Mehrstufenverfahren durchgeführt wird, bei dem in einer einzigen Apparatur in Kombination miteinander die Verfahrensschritte der Entwässerung und der Veraschung durchgeführt werden. Zur Einhaltung eines Sicherheitsfaktors ist die Gasströmungsgeschwindigkeit von dreifacher Höhe der Minimalgeschwindigkeit für die Verwirbelung als untere Grenze erfindungsgemäß festgelegt. Bei Abfallstoffen, die beträchtliche Mengen von Wasser enthalten, wird die Einblasgeschwindigkeit entsprechend erhöht.

Als Verbrennungs- und Verwirbelungsgas wird im allgemeinen Luft verwendet.

Das aus der Anlage austretende Verbrennungsabgas kann teilweise auch durch eine Ableitungsrohrleitung nach außen entweichen. Dieses Ableitungsgas kann dazu benutzt werden, eine Kreislaufführung des inerten Materials zu bewirken. Die Geschwindigkeit des durch die oberen Teile der Apparatur fließenden Gasstromes wird zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Anstau-Rückflutungseffektes geregelt. Die erfindungsgemäß einzuhaltende Geschwindigkeit der Gasströmung braucht natürlich nur in demjenigen Bereich der Apparatur eingehalten zu werden, bei dem die Anstauüberflutung stattfinden soll.

Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1, 2, 3 und 4 jeweils schematische Querschnittsansichten von Vorrichtungen, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei verschiedenen Arten von Abfällen eignen.

In F i g. 1 ist eine Vorrichtung gezeigt, die sich zur Veraschung von fauligen Exkrementen eignet. Diese Vorrichtung besteht aus einem aufrecht stehenden zylindrischen Gefäß. Dem darin befindlichen Wirbelbett 103, in welchem Sandkörner in Bewegung gehalten werden, wird vom Bodenteil des Gefäßes her durch einen Einlaß 101 und eine Lochplatte 102 die Verbrennungsluft mit der erforderlichen hohen Einblasgeschwindigkeit bei einer Temperatur zugeführt, die etwa der Raumtemperatur entspricht oder nur schwach vorgeheizt ist. Der Verbrennungsofen ist von dem Außenmantel 104 umgeben und besitzt einen Zündbrenner 105, der dazu benutzt wird, bei Beginn des Betriebes die Innentemperatur der Vorrichtung auf die Verbrennungstemperatur zu bringen. Die Abfallstoffe werden durch den Einlaß 106 in die Vorrichtung eingeführt. Während die Abfallstoffe durch das Wirbelbett absinken, kommen sie mit dem hoch erhitzten Verbrennungsgas und den Sandkörnern in Kontakt und werden dabei erhitzt und getrocknet und womöglich bereits zu Asche verbrannt. Dabei wird das Wirbelbett mit Hilfe der Verbrennungstemperatur, die während des vorangehenden Verbrennungsprozesses erzeugt wird, auf hoher Verbrennungstemperatur gehalten. Falls zusätzliche Wärmemengen notwendig sind, kann durch den Zündbrenner 105 Verbrennungsgas direkt in das Wirbelbett eingeleitet werden. Das Verbrennungsabgas verläßt die Vorrichtung durch die Auslaßrohrleitung 107. Der Nachbrenner 108 dient dazu, das Verbrennungsabgas geruchsfrei zu machen. Der Einspeisungseinlaß 109 dient zur Einführung der Sandkörner in das Wirbelbett.

Vorzugsweise werden die Abfallstoffe kontinuierlich in das Gefäß in verteiltem Zustand eingeführt. Da es jedoch vorkommen kann, daß die Abfallstoffe als Massenanteile von beträchtlicher Größe zugeführt werden, die direkt auf die Lochplatte 102 fallen, wo sie sich unter Verstopfung der öffnungen in der Lochplatte ansammeln können, ist ein Verteilungsorgan 110 vorgesehen, das die Form eines groben Gitterrostes besitzt, und es wird in dem Bereich unmittelbar über diesem Verteilungsorgan 110 durch die Rührflügel 111' für eine langsame Rührbewegung gesorgt, um auf diese Weise die Massen zu verteilen und das Eintreten des vorerwähnten Verstopfens der öffnungen in der Lochplatte zu verhüten. Diejenigen Abfallstoffe, die durch die Zwischenräume in dem Gitterrost nach unten gefallen sind und dabei nicht in kleine Klümpchen verteilt worden sind, werden in dem hocherhitzten Wirbelbett anschließend getrocknet, zerbrochen und verteilt und teilweise bereits zu Asche verbrannt. Auch in dem Bereich unmittelbar über der Lochplatte 102 wird für eine schwache Rührbewegung durch die Rührvorrichtung 111 gesorgt, um ein Anhaften der Teilchen auf der Lochplatte zu verhindern. Diese Rührvorrichtung 111 ist an der Außenfläche einer gemeinsamen Welle 114 angebracht.

Feste Verbrennungsrückstände werden durch einen Entladungsauslaß 112 zusammen mit einem Teil der Sandkörner entfernt. Zur Entfernung der festen Verbrennungsrückstände werden die ausgetragenen Sandkörner ausgesiebt, worauf die abgetrennten Sandkörner wieder mit frischem Sand gemischt und in das Wirbelbett 103 durch den Einspeisungseinlaß 109 einge-

bracht werden. Zum Antrieb der Welle 114 dient der langsam laufende Motor 115. Die Rührflügel 111 und 111' besitzen vorzugsweise eine solche Winkellage, daß sie eine Aufwärtsbewegung der Teilchen bewirken.

Die Anschlußrohre 113 und 113' dienen zur Druckmessung. Darüber hinaus sind in dem Mantel der Apparatur an geeigneten Stellen eine Vielzahl von Temperaturfühlern angebracht.

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei dem die Behandlung eines angereicherten Schlammes durchgeführt werden soll, wie er beispielsweise aus den Abwässern einer Papierfabrik anfällt Ein derartiges schlammiges Material enthält kleine Teilchen von Holz, Borken, Holzmehl und fasriges Material oder auch organische Substanzen und anorganische Materialien.

Für den Fall, daß die Abfallstoffe in der Form einer Suspension in einer Flüssigkeit vorliegt, kann es der Apparatur durch einen am Kopfteil befindlichen Einlaß 206 in einem fein verteilten Zustand zugeführt werden, oder es kann auch direkt in das Wirbelbett 203 durch den Einlaß 205 in den Außenmantel 204 hindurch eingespritzt werden. Mit Hilfe des am Boden des Gefäßes angebrachten Entladungsauslasses 212 werden grobe Partikel abgezogen, während die verhältnismäßig feinen Partikel- durch einen weiteren in der Nähe der Oberfläche des Wirbelbettes angebrachten Auslaß 216 abgezogen werden. In dieser Vorrichtung wird ein Teil des eingeführten Schlammes unmittelbar getrocknet, verbrannt und in feine Teilchen, die lediglich aus anorganischer Substanz bestehen, überführt; diese Teilchen verbleiben entweder in dem Wirbelbett, indem sie einen Teil dieses Wirbelbettes bilden oder sie werden zusammen mit den Verbrennungsabgasen durch die Auslaßrohrleitung 207 hindurch aus dem Gefäß abgezogen, worauf sie mit Hilfe eines Zyklons od. dgl. aufgesammelt werden, so daß sie in das Wirbelbett zurückgeführt werden können.

Durch die Rührbewegung des Wirbelbettes wird bei einer Temperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes der Teilchen liegt, ein Sintern und Zusammenwachsen der Teilchen vollständig vermieden. Auf diese Weise ist es möglich, bei der Durchführung des Veraschungsverfahrens die höchstmögliche Temperatur anzuwenden und auf diese Weise das Wirbelbett in den Zustand einer reduzierenden Atmosphäre zu halten, wodurch es als weitere Folge möglich ist, die anorganischen Substanzen der Wiederbenutzung im Kreislauf zuzuführen..

Die F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung, die als rauchlose Verbrennungsapparatur für die Verbrennung feiner Teilchen von Kohle dient, wie sie bei der Behandlung von Abwasser aus Kohlezubereitungsanlagen vorkommt.

Diese Vorrichtung ist in der Form eines Dampfkessels ausgebildet. In dieser Vorrichtung, in der im wesentlichen bei atmosphärischem Druck Sandkörner oder Schlacketeilchen und Kohlenstaub, Rußflocken und Ascheteilchen in Wirbelbettbewegung versetzt werden, verbrennen die Kohleteilchen kontinuierlich und erzeugen dabei durch die hervorgerufene Hitze einen Dampfstrom. Gleichzeitig wird überschüssiges Wasser am Kopfteil der Apparatur abgeschieden, und zwar unter Benutzung der Anstauerscheinung, die in dem Wirbelbett stattfindet.

In F i g. 3 ist im oberen Bereich der Vorrichtung das mit 318 bezeichnete Abwasser aus Kohleaufbereitungsanlagen angesammelt, das der Vorrichtung durch den am Kopfteil befindlichen Einlaß 306 zugeführt wird und sich im aufgeschäumten Zustand befindet, worin feste Partikel, Abwasser und die Bläschen des Verbrennungsabgases vermischt vorliegen. Das mit Hilfe des in der Außenwand befindlichen und in Kontakt mit dem Fließbett stehenden Siebes 319 abgetrennte Wasser wird entweder zu dem Wasser zurückgeführt, das zur Kohleaufbereitung dient, oder es wird aus der Anlage entfernt; dieses Wasser tritt aus dem Auslaß 320 aus.

Die Oberfläche des Siebes 319 wird periodisch durch den Rührflügel 321 freigewischt; dieser Rührflügel

ίο dient dazu, die Teilchen mitzunehmen und er kommt während der Rotation bei langsamer Geschwindigkeit mit der Oberfläche dieses Gitters regelmäßig in Berührung.

Die Schicht von Teilchen, wie beispielsweise Sandkörner und Kohlenstaub, wird durch ihr Gewicht nach der teilweisen Abtrennung des Wassers nach unten gedrückt. Diese Abwärtsbewegung wird von den an der Welle 314' angebrachten Rührflügeln 323 unterstützt Die Teilchen werden auf diese Weise gezwungen, durch den Trocknungsbereich 322 hindurch abzusinken, wobei sie mit den auf hoher Temperatur befindlichen, von unten zugeführten Verbrennungsabgasen direkt in Berührung gebracht werden. Nachdem sie auf diese Weise getrocknet und vorerhitzt sind, fallen sie in.das Wirbelbett 303, wo die Kohleteilchen verbrannt werden. Durch Anbringung eines Innenzylinders 324 mit kegelstumpfverjüngter Form, der an seiner peripheren Außenfläche mit geeigneten Lochungen versehen ist, wird der Wirkungsgrad der Trocknung und die Gleichmäßigkeit der Wirkungsweise verbessert.

Der Einlaß 325 dient zur Einspeisung von Kesselwasser. Ferner ist eine Erhitzungsschlange 326 und ein Auslaß 327 für den erzeugten Dampf vorgesehen. Auch auf der Auslaßleitung 328 kann ein Teil der in dem Wirbelbett 303 befindlichen und darin bei hoher Temperatur in Wirbelbettbewegung gehaltenen Teilchen aus dem Gefäß gemeinsam mit einem Teil des Verbrennungsabgases abgezogen werden, wonach die Teilchen aus dem Verbrennungsabgas abgetrennt und in den Kopfteil der Apparatur auf dem Wege über das Drehventil 330 dem Kreislauf wieder zugeführt werden können. Mit dem Ventil 331 wird der Gasstrom reguliert.

Der Hauptteil des Verbrennungsabgases wird in dem Trocknungsbereich 322 mit den feuchten Teilchen in Berührung gebracht. Während das Verbrennungsabgas durch die Vorrichtung in der Form von Bläschen hindürchtritt, wird es gekühlt und gesäubert.

F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Überflutungstechnik mit¹ dem erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert wird, um die Behandlung von Müll zu ermöglichen. In der Zeichnung wird der Müll zunächst von den nicht brennbaren groben Teilen befreit und dann durch einen Sumpf 432 und einen Behälter 433 geschickt, worauf er in dem Naßzerkleinerer 434 pulverisiert wird; der pulverisierte Müll wird dann zusammen mit Wasser durch eine Leitung 436 mittels der Schlammpumpe 435 über die Zufuhrleitung 406 hinweg in den Verbrennungsofen befördert. Die in dem Wirbelbett 403 befindlichen festen Teilchen werden durch eine Leitung 428 in einen Pulverabscheider 429 und von dort in den Schlamm im Kreislauf zurückgeführt Das Wasser, das durch die Überflutungswirkung der in dem oberen Teil des Gefäßes befindlichen Schicht von Bläschen angestaut wird, tritt durch das Sieb 419 hindurch und wird auf diese Weise abgetrennt. Dieses abgetrennte Wasser fließt durch den Wasserablaß 420 und durch eine Leitung 438 hindurch und der Hauptteil davon wird in den Behälter 433 zurückgeführt, so daß es

auf diese Weise im Kreislauf geführt wird. Die Überflutungs- bzw. Anstauungsentwässerung und die Veraschung wird in der gleichen Weise durchgeführt, wie sie in der Apparatur gemäß F i g. 3 ausgeführt wird. Bei diesem Beispiel ist jedoch innerhalb der Apparatur kein

Innenzylinder vorgesehen. Die Veraschung wird durch die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen und gleichförmigen Anstauwirkung ausgeführt, die von der Geschwindigkeit der mechanischen Rührbewegung und der Geschwindigkeit der Luftzufuhr geregelt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

509512/127

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Veraschen brennbarer feuchter Abfallstoffe durch deren Einführung in ein Wirbelbett aus inertem körnigem Material, dem die zur Verwirbelung und Veraschung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gase durch eine untere Lochplatte hindurch zugeführt wird, wobei Einrichtungen zum ständigen Austragen der Veraschungsprodukte und des Wasserüberschusses, und zur Zuführung von Heizgasen in die Wirbelschicht vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a). die sauerstoffhaltigen Gase werden mit Umgebungstemperatur oder nur schwach vorgewärmt eingeblasen;

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe im Wirbelbett durch die Rührvorrichtung vom unteren Bereich des Wirbel-' bettes nach oben und vom oberen Bereich des Wirbelbettes nach unten gefördert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer unterteilten Rührvorrichtung die im oberen Teil der Wirbelschicht angeordnete Rührvorrichtung mit nicht mehr als 15 Umdrehungen pro Minute betrieben wird.