DE1943774A1

DE1943774A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von Material

Info

Publication number: DE1943774A1
Application number: DE19691943774
Authority: DE
Inventors: Furlong Dale Austin; Kinsey Ronald David; Smith Richard Dunham
Original assignee: COMB POWER Co Inc; Combustion Power Co Inc
Current assignee: COMB POWER Co Inc; Combustion Power Co Inc
Priority date: 1968-08-30
Filing date: 1969-08-28
Publication date: 1970-03-05
Also published as: SE355064B; FR2016683A1; CH510849A; DE1943774B2; US3540388A; GB1289143A

Description

C9 Ρ3 D

COMBUSTIUIi ΡΟΥ/ER COMPAItY INC. Palo Alto , California V. St. ν. Amerika

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von Material

Priorität; J>Q· August 1968 Vereinigte Staaten von Amerika US Serial Number 756 594

Zu3 ammenfas sungι

Hs wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen von Material beschrieben, bei dem bzw. der die Pyrolyse oder Verflüchtigungi die Oxydation von festem Kohlen-Koks, der nach der Verflüchtigung zurückbleibt, und die Oxydation der gasförmigen Produkte der Verflüchtigung an getrennten Stellen durchgeführt werden. Es wird eine Terbrennungseinheit beschrieben, die einen Strömungsbett-Pyrolysator aufweist, der über einer Wirbel-Kaksverbrennungskammer angeordnet ist. Die Gasphasenoxydation kann in den Brennern einer Gasturbine durchgeführt werden.

.3ie Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung .sum Verbrennen von Material, und inabesondere ein Vergasungsverfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung.

Allgemein gesagt betrifit die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Materialverbrennung und ein Vergaaungsverfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung, bei der die Pyrolyse oder Verflüchtigung,

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die Oxydation der durch die Verflüchtigung erhaltenen Gasprodukte, und die Oxydation des Kohlenstoffkokses, der bei der Verflüchtigung erzeugt wird, an getrennten Stellen durchgeführt werden.

Dieses Verfahren und diese Vorrichtung sorgen für ein System, bei dem Materialien, beispielsweise fester Müll und dergleichen, praktisch vollständig, wirksam und wirtschaftlich vernichtet werden können. Die Erfindung ermöglicht die wirtschaftliche Ausnutzung der Energie aus Abfallmaterial·

GemäBS einem Aspekt der Erfindung wird eine Materialvernibhtungsvorrichtung mit einer Koksverbrennungskammer, einer Pyrolysekammer, die oberhalb der Koksverbrennungskammer angeordnet ist, um Material zur Verbrennung zu erhalten, und einer Einrichtung, mit der Koksmaterial, das im Pyrolysator erzeugt worden ist, in die Koksverbrennungskammer gefördert wird, und mit der gasförmige Verbrennungsprodukte von der Koksverbrennungskammer in den Pyrolysator geleitet werden.

Bei diesem Aufbau liefert der Pyrolysator den Koks zur Verbrennung in der Verbrennungskammer, und die Verbrennungskammer liefert die heissen inerten Gase zur Pyrolyse des Abfallmaterials im Pyrolysator. Ein zusätzliches Merkmal und ein Vorteil dieses Aufbaus liegt in der Tatsache, daß schwerere Gegenstände sich am Boden der Pyrolysekammer absetzen, wo sie den heissesten inerten Gasen ausgesetzt sind, die zur Pyrolyse in diese Kammer eingelassen werden.

Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Pyrolysa-tor in Form eines Strömungsbett-Reaktors aufgebaut. Diese Konstruktion sorgt für einen einzigartigem kooperativen Prozess zur Verflüchtigung von Materialien und läset nur winzig kleine Koksbestandteile übrig, die dann zur Erzeugung der inerten Gase verwendet werden können«

Gemäss einem anderen Aspekt der Erfindung ist die KohlenstoffverbrenT· nungskaminer ist wesentlichen zylindrisch, und weist sie. Einrichtungen auf, mit denen Verbrennungsgas im wesentlichen senkrecht zu den Zylinder-

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wänden eingelassen wird, um einen Wirbel zu erzeugen, und eine Kehle ist zwischen der Koksverbrennungskammer und der Pyrolysekammer vorgesehen. Bei einer solchen Anordnung können Kokspartikel in die Koksverbrennungskammer injiziert werden, beispielsweise im Oxydationsgas, und im Wirbel gehalten werden, so daß sie im wesentlichen einer Oxydation unterworfen sind· Die inerten Gase mit niedriger Diente und hoher Temperatur strömen zur Mitt· des Wirbels und können durch die Kehle in die Pyrolysekammer eintreten.

GemäBS einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Fyrolyeator an einer Stelle oberhalb eines wirbelartigen Kokebrenners angeordnet und weist einen nach unten gerichteten konischen Stützschirm für das Partikelströmungsbett auf· Gemäss diesem Aepekt der Erfindung setzen sich schwerere, nicht verflüchtigbare Stoffe im zu verbrauchenden Abfall am Scheitel des konischen Teils ab, wo sie den heisseeten inerten Gasen ausgesetzt sind, die in den Pyrolysator eingeleitet werden. Wenn aie Materialien nicht verdampfbar sind, werden sie durch die sehr grosse Hitze der inerten Gase geschmolzen und fallen durch die Koksverbrennungskammer axial zu« Wirbel.

Weitere Aufgaben und Torteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung} es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Flussdiagramm eines Abfallvernichtungssystems j

Fig. 2 einen sohematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Vergaser}

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine Müllvernichtungsanlage nach der Erfindung}

Fig. 4 einen Schnitt durch die Anlage naoh Fig. 3i und

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Pig· 5 und 6 Bchematieche Schnitte durch andere Vergaseranlagen nach der Erfindung.

Die Erfindung ist zwar zum Verbrauch einer Vielzahl von Materialien in einer Vielzahl von Prozessen verwendbar, sie ist jedoch besonders gut zur Verwendung in einer Pestmüllverniohtungsanlage geeignet. Die Erfindung soll deshalb als Ausführungsbeiepiel in Verbindung mit einem solchen Pestmüllverniohtungssystem beschrieben werden·

In Fig· 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt· Wie sohematisch zu arkennen ist, wird das erfindungsgemässe Verfahren in der Weise ausgeübt, daß eine Müllempfangs- und Speicher-Einheit A, eine Zerkleinerungseinheit B, eine Trockeneinheit C, eine Kompressor-Turbinen-Einheit D, eine Verbrennungskammer-Einheit E und eine Elektrogenerator-Einheit P benützt werden·

Der feste Müll wird in üblicher Weise bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung von Müllabfuhrwagen 10 angeliefert, die den Müll in die Aufnahme- und Speichereinheit A entladen, der einen kreisförmigen Drehtisch oder ein Karussell 11 enthält, das auf einer Wasserfläche 13 in einem hohlzylindrischen Gehäuse 12 schwimmt, wobei Glasgewebeplatten 14 den Abfuhrwagen Zugang zum Karussell ermöglichen und das Karussell drehbar ist, um den festen Müll in die Zerkleinerungseinheit B zu fördern· Das Karussell 11 kann angehoben oder abgesenkt werden, um das Abfall-Entladen und -Weiterfördern zu unterstützen, indem der Spiegel der Wasserfläche 13 eingestellt wird, so daß Kein Kran und keine damit verbundene Hochbaukonstruktion im Müllspeicherbereich benötigt werden. Eine grosse effektive Kippfläche für die Müllabfuhrwagen 10 wird durch die Kreiefonn des Karuesells 11 geschaffen, und die Platten I4 schirmen den Speicherbereich ab, erlauben aber das Einströmen von frischer Luft·

Der feste Müll W wird mit einem festen Abstreifmesser 15 über dem Karussell 11 in Fördereinrichtungen oder einen Auslaufkanal 16 ge-

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leitet· Die Höhe des Drehtisches und seine Drehgeschwindigkeit kann automatisch oder aus der Ferne von einer Steuerzentrale für die Müllvernichtungsanlage gesteuert werden, wo der Betrieb des Karussells mit Hilfe von Betriebsfernsehen überwacht werden kann.

In der Zerkleinerungseinheit B wird der ganze feste Müll W zerkleinert, um ein besser homogenes zerkleinertes Material W zu erhalten, das leicht mit üblichen automatischen Geräten zur Materialverarbeitung durch den übrigen Teil der Anlage transportiert werden kann» Der feste Müll W wird in der Trockeneinheit C getrocknet, um die Brennrate des

Mülls in der Gesamtanlage zu erhöhen und die Veränderlichkeit in der Brennrate zu eliminieren, die sich aus stark unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalten ergibt. Die in der Trockeneinheit C benutzte Wärme wird durch einen Heissluftstrom 18 zur Verfügung gestellt, der seine Wärme aus einem Teil der Abgase 19 von der Turbineneinheit erhält.

Die Kompressor-Turbinen-»Einheit zieht wenigstens einen Teil der Kompressorzuluft 21 durch ein Filter 22 aus dem Luftraum oberhalb des Mülls in der Empfangs- und Speicher-, Zerkleinerungs- und Trockeneinheit A, B bzw. C, um zu verhindern, daß Staub und Gerüche in die Umgebung entweichen. Alle übel riechenden Gase, die in den Kompressorteil 20 der Gasturbineneinheit D kommen, werden anschliessend höheren Temperaturen und einer Sterilisierung vor der Freigabe ausgesetzt. Der zerkleinerte und getrocknete feste Müll W , wird über eine Leitung

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23 transportiert und in die Hochdruokumgebung der Verbrennungakammereinheit E eingespeist, beispielsweise mit einem rotierenden" Einfülltrichter 24. .

Im Kompressorteil 20 der Kompressor-Turbinen-Einheit D wird die Zuluft 21 von den anderen Einheiten und von der Umgebung zur Verwendung in den Turbinenbrennern komprimiert. Ein Teil dieser komprimierten Luft wird über Leitung 25 zur Verbrennungseinheit E geliefert, um Sauerstoff für die Verbrennung zu erhalten.

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In der Verbrennungskammereinheit E, die noch näher beschrieben wird, wird der zerkleinerte, getrocknete Müll W , aufgelöst, um Heizgas

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zu erhalten, das über eine Leitung 42 zu den Gasturbinenbrennern geleitet wird, und dann zur Kompressor-Turbinen-Einheit.

Die die Partikelkollektoren 36 verlassenden heissen Gase werden im Expansions- und Antriebateil 37 der Kompressor-Turbinen-Einheit D expandiert, die den Kompressorteil 20 der Einheit D antreiben und den ^ elektrischen Generator F zur Erzeugung der elektrischen Leistung.

Die die Kompressor-Turbinen-Einheit D verlassenden heissen Gase befinden sich nahezu auf Atmosphärendruck, jedoch auf höherer Temperatur, so daß der Teil 19 dazu verwendet werden kann, den zerkleinerten festen Müll in der Trockeneinheit C in der beschriebenen Weise zu trocknen. Wenn fester Müll einen Feuchtigkeitsgehalt von 20?£ hat und diese Feuchtigkeit im Trockner ausgekocht wird, brauchen weniger als 10$ der Abgase nur rezirkuliert zu werden. Gewünschtenfalls kann ein Abgawärmekessel 38 in der Abgasleitung der Gasturbine vorgesehen werden, um die Wärme auszunutzen, um auf diese Weise Dampf zum Heizen, Klimatisieren oder zur Wasserentsalzung zu erhalten. Die heissen Abgase werden in einer erweiterten Abluftkammer verzögert und ρ aus einer grossen Fläche im Dach der Anlage in die Atmosphäre entlassen.

Die Verwendung des Gasturbinenzyklus für die Müllsammlung erlaubt es, neben der Verbrennung des festen Mülls noch verschiedene Dienste der Gemeinde anzubieten. Beispielsweise kann der Gasturbinenkompressor dazu verwendet werden, einen kräftigen Unterdruck zu erzeugen, und den festen Müll durch Untergrundleitungen zu saugen und diesen Müll im Karussell abzulegen, zur Verbrennung in der Vernichtungsanlage. Die Abgaswärme von der Gasturbine kann auch dazu verwendet werden, täglich aus Salz-oder Brackwasser Frischwasser zu erzeugen. Weiterhin kann die Vernichtungsanlage dazu verwendet werden, den Abwässerklärschlamm aus Kläranlagen zu verbrennen»

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Die Verbrennung von Konlenwasserstoffen, die hauptsächlich in festem Müll gefunden werden, erfolgt in drei getrennten Phasen, und diese Phasen treten fast unabhängig in allen Verbrennungsprozessen auf. In der ersten Phase, die Pyrolyse oder Verflüchtigung genannt wird, wird das Material beheizt, so daß eine Zersetzung der lesten Kohlenwasserstoff in Kohlenwasserstofigase erfolgt," anschlieesend werden diese Gase in einer Gasphasenreaktion oxydiert, und schliesslich wird der feste, Kohlenstoff enthaltende Koks oxydiert, der nach der Verflüchtigung übrig bleibt.

Erfindungsgemäas kann die Verbrennung des Mülls in Zusammenarbeit mit einer Verbrennungskammer, beispielsweise den Brennern einer Gasturbine, durch ein Vergasungsverfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie in Fig. 1, 2, 5 und 6 dargestellt ist, wobei die Unterschiede zwischen den genannten Phasen ausgenutzt werden.

Gemäss Fig. 1 und 2, in denen das Vergasungskonzej-t der Erfindung dargestellt it't, wird jede dieser Phasen an einer anderen Stelle durchgeführt. Der ζ rkleinerte und getrocknete teste Müll W , wird zunächst

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in einen Pyrolysator oder eine Pyrolysierkammer 51 v°n der Leitung 50 injiziert, in der aie erste Phase, die Fyrolyse oder Verflüchtigung, stattfindet. Die verbrennbaren Kohlenwasserstoffgase, die in der Pyrolysekammer 51 erzeugt werden, dienen als Heizgas für die Gasturbine, wo die Oxydation in der Gasphase in Gasturbinenbrennern 55 erfolgt. Heisse inerte Gase werden ebenfalls in den Pyrolysator injiziert, um den festen Müll zu pyrolysieren. Diese heissen inerten Gase werden getrennt in einer Koksverbrennungskammer 52 -izeugt, in der gemäss der dritten Phase aer restliche feste Koks oxydiert wird, der toi Pyrolyeator Bit Abzapfluft vom Kompreesorteil 19' der Gas-Turbinen-Einheit D' hierher gefördert wird. Die Abzaplluft, aie in die üoksverbrennungskammer 52 vom Gasturbinenkompressor geschickt wird, wird in einem Vorverdichter 54 (etwa 5^o des Gas turbinen durch sat zes) komprimiert, um Druckverlusten in der Koksverbrennungskammer 52 und der Pyrolysekammer 51 Rechnung zu tragen.

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Der Zweck des Pyrolysators besteht darin, den ankommenden festen Müll chemisch zu zersetzen oder zu pyrolysieren. Die Pyrolyse wird in einer Weise durchgeführt, daß der Müll in einer sauerstolf-freien Umgebung erhitzt wird, und die notwendige Wärme kommt von heissen inerten Gasen (überi65O°C = 3000⁰F), die vom Koksverbrenner 52 dem Pyrolysator 51 geliefert werden. Bei einer Ausführungsform des dargestellten Vergasungssystems weist der Pyrolysator 51 einen Strömungsbett-Reaktor mit inerten Partikeln 55» beispielsweise Sand, auf, bei dem das Partikelbett von einer nach unten gerichteten, _ konischen, porösen Injektorplatte 56 getragen wird, die mit einer ™ Öffnung am Kegelscheitel versehen ist. Dieses Partikelbett 32 wird anfänglich von einer nicht dargestellten, externen Quelle auf eineerhöhte Temperatur zur Verdampfung des Mülls geheizt und der Betrieb wird durch die komprimierten heissen Gase von der Kokeverbrennungskammer 52 aufrechterhalten. Die Reibung durch das Strömungsbett entfernt Koks schnell von der Oberfläche des Mülls sobald er sich bildet, und dieser feine Koks, der so abgerieben ist, wird mit Gasen aus dem Strömungsbett herausgetragen und später in Partikelkollektoren 36¹' abgeschieden.

Der Hauptbestandteil der organischen Fraktion des festen Mülls ist Zellulose, der Hauptbestandteil aller Holz- und Pflanzenfc fasern und damit aller Papierprodukte. Im Strömungsbett 55 in der Pyrolysekammer 5I wird das Zellulosematerial zersetzt und schliesslich wird aller Sauerstoff und Wasserstoff, und ein erheblicher Teil des Kohlenstoffs ausgetrieben, so daß ein kohlenstoffhaltiger Koks und nicht verbrennbare Bestandteile, wie Metall und Glas, zurückbleiben. Der grösste Teil des ausgetriebenen Kohlenstoffs hat die Form von feinen Partikeln, die durch die Reibwirkung des Partikelbettes gebildet werden. Die Oxydation dieses festen Kohlengranulats im Pyrolyeator 51 kann nicht durchgeführt werden, ohne einen Teil des Heizgases zu verbrennen. Gemäss diesem Aspekt der Erfindung wird deshalb dieses Koksgranulat aus dem Pyrolysator entfernt und über eine Leitung 58 2um Koksverbrenner 51 zurückgeführt, wo er bei nahezu stöchiometrischen Verhältnissen Brennstoff/Luft zur Erzeugung des inerten Gases für den Pyrolysator 5I verbrannt wird.

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Bine Konstruktion des Koksverbrenners 52 gemäss der Erfindung, wie in Fig. 2 dargestellt, ist ein Wirbelverbrenner bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse 57 mit einer keramischen Auskleidung, in das Kompressorluft mit mitkommenden feinen Kokspartikeln, die von den Pyrolysatorgasen vom Partikelkollektor 36" abgeschieden worden sind, über Leitung 58 tangential über eine Leitung 59 mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise 92 m/Sek. (300 Puss pro Sekunde) eingeblasen ■wird, so daß die Gase in der Brennerkammer 52 in einer freien Wirbelbewegung strömen. Zentrifugalkräfte sorgen dafür, daß in den Wirbel gezogene feste Partikel weiterhin rotieren, bis sie verbraucht oder durch Berührung mit den Wänden verlangsamt werden, während die Winkelgeschwindigkeit der inerten Gase wächst und diese am Kern des Wirbels herausgenommen werden und durch eine einspringende Kehle 61 und die keramische Injektorplatte 56 in den Strömungsbett-Pyrolysator 5*1 hineintreten. Da die Temperatur im Verbrennungsraum über I65O C (3000 F) beträgt, werden die Asche und die Metalle geschmolzen und diese geschmolzenen Tropfen sammeln sich auf der Wand der Kammer. Grössere Partikel kleben an der geschmolzenen Asche und werden einem Luftstrom relativ hoher Geschwindigkeit ausgesetzt, der eine schnelle Verbrennung fördert. Die flüssige Asche und das Metall laufen anschliessend durch ein Loch 62 im Boden des Koksverbrenners 52 in einen Abschrecktank 63 ab. Dort wird der geschmolzene Hest plötzlich in Wasser abgeschreckt, so daß sich ein körniger Rückstand bildet, der als wässriger Brei entfernt wird.

Wie oben beschrieben, sorgen die heissen inerten Gase vom Verbrenner 52 für die Strömung im Partikelbett 55 und verflüchtigen die verbrermbaren Bestandteile darin. Grosse Stücke fester Müll, die vom Strömungsbett 55 nicht getragen werden, wandern zum Scheitel des konischen Injektors 56. Dort sind diese Teile dauernd dem eintretenden Gasstrom vom Verbrenner 52 von I65O C (3OOO F) ausgesetzt und werden schnell entweder pyrolysiert oder geschmolzen. Wenn sie geschmolzen sind, tropft der geschmolzene Rückstand direkt in den Abschrecktank 63 durch den Kern der Wirbelverbrennerkammer 57·

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Die das Strömungsbett 32 verlassenden heissen Gase nehmen viele Aschepartikel mit sich, die entfernt werden müssen» beispielsweise mit den PartikelSammlern 361 ehe die Gase in die Turbine eintreten dürfen. Grookörnige Stoffe beschädigen die Turbine schwer, wenn sie durch die Turbine hindurchgelassen werden. Die Gassäuberung durch die Partikelsammler 36 für die Turbine erfüllt auch die Sauberkeitsforderungen für Abgase» Die Partikelsammler können verschiedene Form haben, beispielsweise Trägheitsseparatoren, elektrostatische Ausfällgeräte oder Mattenfilter. Die Partikelsammler 36 sind schematisch als eine Kombination von Trägheitsseparatoren dargestellt, denen elektrostatische Ausfällgeräte folgen. Die Trägheitsseparatoren entfernen alle bis auf die kleinsten Partikel, und diese kleinen Partikel werden mit den elektrostatischen Ausfällgeräten entfernt.

Trägheitsseparatoren verwenden die Zentrifugalkraft, um Partikel aus dem Gasstrom heraus abzuscheiden, und können Wirkungsgrade von 97,8$ und mehr für Partikel von nur 10 Mikron Durchmesser erreichen, der Wirkungsgrad fällt jedoch für kleinere Partikel_o Die feinen Partikel, die dazu neigen, dem Luftstrom aus den Trägheitsseparatoren heraus zu folgen, beschädigen die Turbine auch nicht sehr wanrscheinlich. Trägheitsseparatoren sind speziell zur Verwendung in aer ersten Stufe eines zweistufigen Separators geeignet, weil sie wirKsam grosse Partikel entfernen, so daß nur die feinen für die zweite Stufe übrig bleiben.

Elektrostatische Ausfällgeräte laden aie Partikel im Gas direkt auf und ziehen sie anschliessend an zu einer Oberfläche, die auf entgegengesetzte Polarität geladen ist. Da die AbScheidungskräfte direkt auf die Partikel wirken, ohne den Gasdurchtritt zu stören, werden alle Partikelgrössen wirksam gesammelt, der hohe Sammelwirkungsgrad für feine Partikel (5 Mikron und darunter) ist jedoch besonders gut. Wenn die Temperatur in einem elektrostatischen Ausfällgerät steigt, ändern sich die elektrischen Eigenschaften des

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heissen Gases durch die MolekularwirKung, und es wird sctiwierigeri die Staubpartikel zu laden. Glücklicherweise neigt höherer Druck, wie er in der Luitkammer nach der Erfindung verwendet wird, dazu, diese Eigenschaft zu kompensieren. Mattenfilter haben einen ausgezeichneten Samme!wirkungsgrad sowohl f.ir grobe als auch lür feine !'artikel, und Filtermaterial ist verfügbar, das aus feinen Pasern (5-7 Mikron Durchmesser) aus Silizium&ioxyd und Aluminiumoxyd besteht, die als Filtermaterial bis hinauf zu 1260°C (23Oü°F) verwendet werden können.

Die hohe Temperatur des Heiz^asig, des vom Pyrolysator i>1 zu den Gasturbinenbrennern 53 strömt, unterstützt eine schnelle, vollständige Verbrennung, und weil nur dieses Hochtemperatur-Heizgas verbrannt wird, wird es unnötig, einen Verbrenner mit hohen Kerntemperaturen zu verwenden, -so daß die Erzeugung der üblichen Stickstoffoxyde vermieden wird und ein einheitliches Temperaturprofil im Brenner geiördert wird.

Die Vergaser-Verbrennungs-ltfethoäe und die Anlage nach Fig. 1 und 2 arbeiten ausaergewbhnlich gut zur Vermeidung von Luftverunreinigung. Beispielsweise werden S0„ und HCl im Strömungsbett-Pyrolysator 51 durch die Reaktion mit basischer Asche,' beispieleweise CaO und MgO, entfernt. Kalkstein oder Dolomit kann zur Unterstützung dieser Reaktion dem Pyrolysebett zugefügt werden, in den meisten Fällen sind jedoch ausreichend CaQ und MgO in der Asche des festen Mulla vorhanden. Weiter werden Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen in der Pyrolysekammer 51 nicht erzeugt, weil praktisch kein Sauerstoff vorhanden ist.

Ein integrierter Vergaser nach dieser Ausführungsfora mit etwa 1,2 m ( 4 Fuss^Durchmesser und 6,1 m (20 Fuss) Höhe verarbeitet 200Tonnen festen Müll (Abfall) in 24 Stunden. Vorhandene Gasturbinen, beispielsweise die robuste Industriegasturbine der General Electric Type G5191» oder die Gasturbine ST4A-8 der Firma Pratt und Whitney können verwendet werden·

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Auch andere Verbrennungsvorrichtungen neben den in Fig. 1 und 2 dargestellten, können verwendet werden. Beispielsweise kann ein einfacher Fallstromvergaser, wie er schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, verwendet werden. Bei dieser Konstruktion wird fester Müll an der Oberseite einer Verflüchtigungekammer eingeführt und durch Schwerkraft gefördert, wenn er verflüchtigt und zu Asche verbrannt wird, und diese wird dauernd am Boden entfernt. Luft wird durch den Vergaser 70 nach oben geschickt, nachdem sie im Aschebereich eingelassen wurde und die Luftgeschwindigkeiten sind niedrig, um einer Bewegung der Pyrolyseprodukte vorzubeugen. Nachdem die Luft durch die Asche hindurchgetreten ist, erreicht sie die Kohlenverbrennungszone, in der der Kohlenstoff mit einem begrenzten Vorrat Sauerstoff kombiniert wird, so daß Kohlenmonoxyd entsteht. Ee wird auch Wasser eingeführt, und der so entstehende Dampf mit heiseem Kohlenstoff ergibt die "Generatorgas-"Reaktion, die Wasserstoff und Kohlenmonoxyd liefert und Wärme absorbiert. Die Durchsatzraten für Wasser und Luft werden so kontrolliert, daß der gesamte Kohlenstoff verbraucht wird, während gewährleistet wird, daß Schlacketemperaturen nicht erreicht werden. Die heissen Gase, die von der Kohlenverbrennungszone aufsteigen, liefern Wärme, um den ankommenden festen Müll zua Pyrolyeieren oder Verflüchtigen zu bringen, so daß das Heizgas erzeugt wird, das in die Gasturbinenbrenner geleitet wird, wo es schliesslich mit der Primärluft vom Turbinenkompressor verbrannt wird.

Ein weiteres Verbrennungeverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrene ist schematisch in Fig. 6 dargestellt und besteht aus einem Doppel-Strömungsbett-Vergaser 80. Ia Doppel·· bett wird der zum Verbrennen des Kohlenstoffe benötigte Sauerstoff vom anfänglichen Pyrolyseprozess getrennt. Fester Müll wird ±u oberen Teil oder Verflüchtigungs-Strömungsbett eingeführt, wo er durch heisse inerte Gase pyrolysiert wird, die vom Kohlenetoffverbrennungs-Strönungsbett kommen. Eine schnelle, gleichförmige Pyrolyse wird durch die stark bewegten Bedingungen im Ströaungebett gewährleistet. Das Heizgas von der pyrolyse läuft durch Partikelsaamler

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auf seinem Weg zum Gasturbinenbrenner· Die gesammelten ^artikel enthalten sowohl Asche als auch Kokskohle, die durch den Pyrolyseprozess erzeugt worden ist. Dieser Koks wird dadurch verbrannt, daß die Partikel in das zweite oder Kohlenstoffverbrennungs-Strömungsbett eingeführt werden, und feine Asche wird vom Ausfluss des zweiten Bettes durch einen zweiten Satz Partikelsammler abgeschieden. Ascheschlacketemperaturen werden im Kohlenstoffbett dadurch verhindert, daß der verfügbare Sauerstoff begrenzt wird und Wasser oder Dampf eingeführt wird.

Die Erfindung ist zwar ideal zum Verbrennen von festem Müll in einer Müllvernichtungsanlage unter Verwendung einer Gasturbine geeignet, die Vorrichtung ist jedoch auch zum Betrieb in Kombination mit einer kommerziellen'Gasturbine geeignet, wobei die Gasturbine mit Materialien, wie Bunker C, Kohle und anderen Brennstoffen verwendet werden kann, die normalerweise zum Verbrennen in einer Gasturbine ungeeignet sind.

- Patentansprüche -

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Claims

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1V

Anspruch·

(1.JVorrichtung zum Verbrennen von Material, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmalet

Eine Koksverbrennungekammer, eine Einrichtung, mit der Verbrennungsgas in die Koksverbrennungskammer geschickt wird, eine Pyrolysekammer, eine Einrichtung, mit der brennbare Stoffe in den Pyrolysator geleitet werden, eine Einrichtung, mit der verkoktes Material, das in dem Pyrolysator erzeugt worden ist, in die Verbrennungskammer geleitet wird, und mit der gasförmige Verbrennungsprodukte von der Koksverbrennungskanimer in den Pyrolysator geleitet werden, wobei die Pyrolysatorkammer-oberhalb der Koksverbrennungskammer angeordnet ist und eine Kehle zwischen der Pyrolysekammer und der Verbrennungskammer angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolysekammer eine nach unten gerichtete konische Wand aufweist, mit der inerte Gase von der Koksverbrennungskammer in den Pyrolysator eingelassen werden und geschmolzenes Material vom Pyrolysator zentral durch die Koksverbrenttungskammer durchgelassen werden.
3* Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Weiterleiten des Verbrennungsgases eine Einrichtung aufweist, mit der Verbrennungsgas im wesentlichen tangential zu den Kammerwänden der KökSTferbiennungskammer eingelassen wird, um dafür zu sorgen* daß die Gast in der Verbrennungskammer in einem Wirbel Btr^men*

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IS
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der restliches, unrerbrennbares Material am Boden der Koksyerbrennungskammer gesammelt und entfernt wird.
5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolysator eine Masse «.us unverbrennbaren Partikeln in einer eolohen Gröese enthält, daß diese mit den gasförmigen Produkten in einer Strömungssuspension gehalten werden, die von der Koksverbrennungekammer in den Pyrolyeator geleitet werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine poröse keramisohe Platte zwischen der Kehle und dem Strömungs-· material angeordnet ist, um heisae inerte Gase in den Pyrolysator einzulassen und geschmolzenes Material vom Pyrolysator in Richtung auf die KoKsverbrennungekammer durchzulassen.

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