DE19535638A1

DE19535638A1 - Anlage zum Verschwelen und anschließenden Verbrennen von Abfallstoffen und toxischen Reststoffen

Info

Publication number: DE19535638A1
Application number: DE19535638A
Authority: DE
Inventors: Frohmut Vollhardt; Thomas Dr Ing Wocadlo
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-02-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Verschwelen und anschließenden Verbrennen von Abfallstoffen und toxischen Reststoffen mit einer Schweltrommel mit Austragsvorrichtung, einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer, einem Abhitzekessel und einem Luftvorwärmer oder dergleichen.

Bei Brennkammern des sogenannten Pyro-Schmelz- Verfahrens bzw. des Schwel-Brenn-Verfahrens ist eine Nachbrennkammer erforderlich, die den Kohlenstoff aus den festen Reststoffen der Verschwelung (Pyrolyse) endgültig verbrennt.

Da die Verbrennungstemperatur für die festen Reststoffe und Rauchgase in der Brennkammer über dem Schlacken schmelzpunkt liegen muß, sind Verbrennungstemperaturen von über 1200°C, in der Spitze bis 1400°C, erforderlich.

Aus der DE 38 04 853 ist eine Anlage zum Verschwelen von Abfallstoffen mit einer Schwelvorrichtung und einer Nachbrennkammer mit Wärmetauscher bekannt. In der Nachbrennkammer werden u. a. die schadstoffbeladenen Brennergase der Schwelvorrichtung verbrannt. Diese Gase verweilen dort bei einer Temperatur von 1200°C oder darüber über einen Zeitraum von 1,0-5,0 Sekunden, so daß während dieser Zeit eine Umwandlung in ein Gas mit geringem Schadstoffgehalt erfolgen kann.

Die dem Gas der Nachbrennkammer entzogene Wärme kommt dem Schwelvorgang dadurch zugute, daß das die Schwelvorrichtung beheizende Gas im Wärmetauscher der Nachbrennkammer erwärmt wird. Dies geschieht im geschlossenen Kreislauf zwischen der Schwelvorrichtung und dem Wärmetauscher der Nachbrennkammer, so daß eine Korrosion in den Teilen dieses Kreislaufs vermieden wird.

Aus der bisher unveröffentlichten DE 44 46 745.1 ist eine Anlage zum Verschwelen von Abfallstoffen und ver unreinigten Stoffen unter Luftabschluß bekannt, bei der nach der Austragsvorrichtung der Schweltrommel eine Brenneinrichtung mit Treppenrost, eine keramisch ausgemauerte Schmelzkammer mit Naßentschlacker sowie eine Nachbrennkammer angeordnet ist. - Unterhalb des Treppenrostes befindet sich eine Zerkleinerungs einrichtung. - Die ausgebrannten ungereinigten Rauchgase werden zur Abkühlung einem Abhitzekessel zugeführt und verlassen diesen mit einer Temperatur von ca. 160°C, bevor sie einer Rauchgasreinigung zugeführt werden.

Bei einer kürzlich zum Patent angemeldeten Anlage zum Verschwelen und zum anschließenden Verbrennen von Abfallstoffen und toxischen Reststoffen mit einer Schweltrommel mit Austragsvorrichtung, einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer, einem Abhitzekessel und einem Luftvorwärmer, ist die Brennkammer in die Nachbrennkammer eingelassen. Beide Kammern besitzen einen gemeinsamen Schlackenabfluß. Im untersten Bereich der Nachbrennkammer sind zusätzlich Schmelzfluß- Sicherungsbrenner angeordnet.

Die Brennkammer weist kreisförmig angeordnete Kesselrohrwände mit jeweils einem oberen und einem unteren Sammler auf. Sowohl die Kesselrohrwände als auch die beiden Wände der Nachbrennkammer sind mit Feuerfest-Material ausgekleidet.

Die erste Kesselrohrwand des nachgeschalteten Abhitzekessels ist parallel zur kreisförmigen Wand der Nachbrennkammer angeordnet. Die weiteren Kesselrohrwände des Abhitzekessels sind als rechteckige Kesselrohrwände bzw. Schottenwände ausgebildet.

An den verkürzten Abhitzekessel schließt sich ein Luftvorwärmer an, der mit Keramik- bzw. Glas- Kühlsegmenten zum Abkühlen der Rauchgase auf 120° C ausgerüstet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebene kürzlich zum Patent angemeldete Anlage noch kompakter zu gestalten, um den Erstellungsaufwand unter Beibehaltung der Effektivität zu reduzieren.

Die Lösung der Aufgabe geht aus den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 hervor. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird der Schweltrommel ein Reaktorgefäß nachgeschaltet, das eine Kombination aus Brennkammer, Nachbrennkammer und Abhitzekessel darstellt.

Die Brennkammer mit vorzugsweise Kreisquerschnitt ist oberhalb einer durchmessergleichen Nachbrennkammer angeordnet. Der Abhitzekessel umgibt die Brennkammer und den oberen Bereich der Nachbrennkammer.

Die Brennkammer wird durch ringförmig angeordnete wassergekühlte Kesselrohrwände gebildet, die zum Brennkammerinneren keine feuerfeste Auskleidung aufweisen.

Die Nachbrennkammer wird ebenfalls durch ringförmig angeordnete Kesselrohrwände gebildet. Der gesamte mit der Brennkammer durchmessergleiche Innenbereich der Nachbrennkammer ist feuerfest ausgekleidet. Die anschließende Verweilstrecke innerhalb der Nachbrennkammer, an die der Abhitzekessel anschließt, ist ebenfalls aus Kesselrohrwänden gebildet, die beidseitig feuerfest ausgekleidet sind. Auch der Schlackenabfluß aus Kesselrohrwandkonstruktion weist innenseitig eine feuerfeste Auskleidung auf.

Bei den Kesselrohrwänden wird eine Rohr-Steg-Rohr- Konstruktion bevorzugt.

Auch die äußere Wand des Abhitzekessels, der oberhalb der Verweilstrecke der Nachbrennkammer beginnt, weist eine Kesselrohrwand-Konstruktion auf.

Die Brennkammer und Nachbrennkammer wird als an einen Kesselwasserkreislauf angeschlossenes Aggregat ausgeführt.

Der Abhitzekessel mit Kreisquerschnitt wird um die ebenfalls kreisrunde Brennkammer-Nachbrennkammer angeordnet. Diese konstruktive Gestaltung ist raumsparend und hat den Vorteil, daß die Abstrahlungsverluste auch bei hohen Temperaturen auf ein Minimum beschränkt werden können. Außerdem gibt es bei einer derartigen Ausführung keine Dehnungsprobleme.

Der Abhitzekessel ist in der Regel mit einem Kesselzug ausgebildet. Um jedoch sicherzustellen, daß Rauchgase, die die Nachbrennkammer mit besonders hoher Temperatur verlassen, im anschließenden Abhitzekessel soweit heruntergekühlt werden, daß am Austritt desselben eine Temperatur von höchstens etwa 300°C nicht überschritten wird, kann der Abhitzekessel mit mehr als einem Kesselzug ausgerüstet werden.

Die Brennkammer mit in der Abdeckung angeordnetem Brennerkopf wird im Anschluß an die Tertiärluft- Zuführung als nach unten offener Reaktor weitergeführt, wobei ein großer Bereich der Rohrwand von Brenn- und Nachbrennkammer als Kesselrohrwand des Abhitzekessels dient.

Brennkammer, Nachbrennkammer und Abhitzekessel werden bevorzugt als Großbehälter mit Kreisquerschnitt konstruiert und zu einer kompakten Einheit zusammengesetzt. Quadratische oder rechteckige Formen sind auch grundsätzlich ausführbar.

Bei Ausführung mit Kreisquerschnitt werden sowohl die lediglich wassergekühlten als auch die mit Feuerfest-Material zugestellten Wandelemente als kreisförmige Kesselrohrwand-Segmente ausgeführt.

Die oberhalb der Nachbrennkammer angebaute Brennkammer wird in bekannter Weise mit kreisförmigen Segmenten aus geschweißten Kesselrohren mit einem oberen Sammler ausgerüstet, wobei die durchgehenden Kesselrohre im Bereich der Nachbrennkammer bis zum unteren Sammler mit einer Feuerfest-Masse ausgekleidet werden, damit eine Verweiltemperatur von 1100-1300°C über einen Zeitraum von bis zu 5 Sekunden aufrechterhalten werden kann, bevor die Gase in den Abhitzekessel gelangen.

Im untersten Bereich der Nachbrennkammer werden zweckmäßigerweise Schmelzfluß-Sicherungsbrenner angeordnet. Mit Hilfe dieser Brenner soll gewährleistet werden, daß die Schlacke jederzeit in fließfähigem Zustand gehalten wird. Auch können mit Hilfe der Brenner Schlackenanbackungen an der Wandung gelöst werden.

Im Inneren des Abhitzekessels werden in radialer Richtung zusätzliche Kühlelemente angeordnet, die als sogenannte Verdampfer- und Economiser-Schotten ausgebildet sind.

Die Reinigung der Kesselrohrwände und Kühlelemente wird in bekannter Weise mit Hilfe von Rußbläserlanzen vorgenommen, die durch Stutzen an der äußeren Wand des Abhitzekessels eingeführt werden können.

Die unteren Sammler der Nachbrennkammer, die Kühlelemente des Abhitzekessels und die äußere Wand von Nachbrennkammer und Abhitzekessel werden durch eine gemeinsame Kesselspeisewasser-Zufuhrleitung mit Speisewasser versorgt.

Die oberen Sammler der Brennkammer und des Abhitze kessels sind an eine gemeinsame Sattdampfleitung an geschlossen und mit einer Dampftrommel verbunden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt der Kombination Brennkammer-Nachbrennkammer-Abhitzekessel,

Fig. 2 eine Draufsicht der Kombination nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt der Kombination Brennkammer - Nachbrennkammer - Abhitzekessel, hier mit einem zweizügigen Abhitzkessel und

Fig. 4 eine Draufsicht der Kombination nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Kombination aus Brennkammer (1), Nachbrennkammer (2) und Abhitzekessel
(3). Im Zentrum der Kombination befindet sich die Brennkammer (1) mit dem Primärluft-Brenner (16). An die Brennkammer (1) schließt sich nach unten die Nachbrennkammer (2) an. Brenn- und Nachbrennkammer (1, 2) werden ringförmig vom Abhitzekessel (3) umgeben. An den einzügigen Abhitzekessel schließen sich der Rauchgaskanal (25) und der Luftvorwärmer (26) an.

Die Brennkammer (1) wird durch ringförmig angeordnete Kesselrohrwände (5) gebildet, die mit einem oberen Sammler (10) verbunden sind. Im Bereich der Brennkammer (1) weisen die Kesselrohrwände (5) keine feuerfeste Auskleidung auf, da durch gezielte Kühlung der Kesselrohrwände (5) eine stetige Wärmeabfuhr erfolgt.

In der Brennkammer (1) wird etwa mittig zusätzlich Verbrennungsluft als Sekundärluft (6, 7) eingedüst, während etwa am unteren Ende der Brennkammer (1), im Übergangsbereich zur Nachbrennkammer (2), weitere Verbrennungsluft als Tertiärluft (8, 9) eingedüst wird.

Der Bereich der Nachbrennkammer (2) ist ab Beginn der Verweilstrecke (14) bis zum Übergang in den Abhitzekessel (3) am Ende der Verweilstrecke (21) mit einer feuerfesten Auskleidung (15) versehen, die auf die Kesselrohrwände (5), sowohl innen, als auch auf die äußere Wand (13) aufgebracht ist.

Die Rauchgase werden im Bereich des unteren Sammlers (11) nach oben umgelenkt und gelangen am Ende der Verweilstrecke (21) in den Abhitzekessel (3).

Zur Kühlung der Rauchgase sind innerhalb des Abhitzekessels (3) Kühlelemente (4) mit Kesselspeisewasser-Eintrittsrohren (19) und Dampf-Austrittsrohren (20) angeordnet. Der Dampf wird einer Dampftrommel (17) zugeführt und von dort von dort einem (nicht dargestellten) Verbraucher zugeleitet.

Vom Abhitzekessel (3) gelangen die Rauchgase mit etwa 300° C über einen Rauchgaskanal (25) in einen Luftvorwärmer (26).

Die Kesselrohrwände (5) von Brennkammer (1) und Nachbrennkammer (2) sowie die Kesselrohrwand (13) des Abhitzekessels (3) werden durch einen zentralen oberen Sammler (10) mit Kesselspeisewasser versorgt. Der Sattdampf aus den Kesselrohrwänden (5) von Brenn- und Nachbrennkammer (1, 2) wird über den unteren Sammler (11) einer Dampftrommel (17) zugeführt. Über einen weiteren Sammler wird der Sattdampf aus der Kesselrohrwand (13) der Dampftrommel (17) zugeleitet.

Zur Reinigung der Kühlelemente (4) im Abhitzekessel (3) sind in der äußeren Wand (13) in regelmäßigen Abständen Stutzen (24) für Rußbläserlanzen vorgesehen.

Im untersten Bereich der Nachbrennkammer (2) sind Schmelzfluß-Sicherungsbrenner (22) angeordnet.

Der Schlackenabfluß (12) und der Naßentschlacker (23) sind, wie schematisch dargestellt, unterhalb der Nachbrennkammer (2) angeordnet.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Kombination in der Draufsicht. Man erkennt die ringförmig angeordneten Kesselrohrwände (5) von Brennkammer (1) und Abhitzekessel (3).

Um die Brennkammer (1) herum sind außen, innerhalb des Bereichs des Abhitzekessels (3), Rohrleitungen (6, 7) für die Sekundärluft-Zufuhr vorgesehen.

Die bis auf ca. 300°C heruntergekühlten Rauchgase gelangen vom Abhitzekessel (3) über einen Rauchgaskanal (25). Diesem kann z. B. ein Economiser als Bündelwärme tauscher und Luftvorwärmer (26) nachgeschaltet sein.

Stutzen (24) zum Einbringen von Rußbläserlanzen zur Reinigung der Kühlelemente (4) sind am Umfang der äußeren Wand (13) des Abhitzekessels (3) angedeutet.

Der Abhitzekessel (3) gemäß den Fig. 3 und 4 weist zwei Kesselzüge auf, wobei die abzukühlenden Rauchgase in einem ersten Kesselzug (27) aufwärts und in einem zweiten Kesselzug (28) abwärts strömen und im unteren Bereich des Abhitzekessel der Rauchgasaustrittskanal (29) angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

1 Brennkammer
2 Nachbrennkammer
3 Abhitzekessel
4 Kühlelemente in 3
5 Kesselrohrwand
6 Sekundärluft-Zufuhrungleitung
7 Sekundärluft-Eindüsung
8 Tertiärluft-Zufuhrleitung
9 Tertiärluft-Eindüsung
10 Oberer Sammler
11 Unterer Sammler
12 Schlackenabfluß
13 Äußere Wand von 3
14 Beginn der Verweilstrecke von 2
15 Feuerfest-Material
16 Primär-Brenner
17 Dampftrommel
18 Kesselspeisewasser-Zufuhrleitung
19 Kesselspeisewasser-Eintritt
20 Kesselspeisewasser-Austritt
21 Verweilstrecke von 2
22 Schmelzfluß-Sicherungsbrenner
23 Schlackenabfluß (Naßentschlacker)
24 Stutzen für Rußbläserlanze
25 Rauchgaskanal (Fig. 1 und 2)
26 Luftvorwärmer
27 Erster Kesselzug von 3 (Fig. 3 und 4)
28 Zweiter Kesselzug von 3 (Fig. 3 und 4)
29 Rauchgaskanal (Fig. 3 und 4).

Claims

1. Anlage zum Verschwelen und zum anschließenden Verbrennen von Abfallstoffen und toxischen Reststoffen mit einer Schweltrommel mit Austragsvorrichtung, einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer, einem Abhitzekessel und einem Luftvorwärmer oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schweltrommel eine Kombination aus Brenn kammer (1), Nachbrennkammer (2) und Abhitzekessel (3) nachgeschaltet ist, wobei die Brennkammer (1), mit der Nachbrennkammer (2) verbunden, oberhalb der Nachbrennkammer (2) angeordnet ist,
daß sich die Nachbrennkammer (2) im untersten Bereich erweitert und eine ringförmige Verweilstrecke (21) bildet,
daß der Abhitzekessel (3) sich nach oben an die Verweilstrecke (21) anschließt und Brenn- und Nachbrennkammer (1, 2) ringförmig umgibt und, daß sich an die Nachbrennkammer (2) ein Schlackenabfluß (12) mit Naßentschlacker (23) anschließt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) durch ringförmig angeordnete Kesselrohrwände (5) gebildet ist und keine feuerfeste Auskleidung aufweist.

3. Anlage nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (2) im oberen Bereich durch ringförmig angeordnete Kesselrohrwände (5) gebildet ist, die innenseitig mit feuerfestem Material (15) ausgekleidet sind.

4. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (2) im unteren Bereich durch ringförmig angeordnete Kesselrohrwände (5) gebildet ist, die innen- und außenseitig bis hinauf zum Ende der Verweilstrecke (21) mit feuerfestem Material (15) ausgekleidet sind.

5. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilstrecke (21) der Nachbrennkammer (2) und der Schlackenabfluß (12) innen mit feuerfestem Material (15) feuerfest ausgekleidet sind.

6. Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im untersten Bereich der Nachbrennkammer (2) Schmelzfluß-Sicherungsbrenner (22) angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abhitzekessel (3) ein- oder mehrzügig ausgebildet ist.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand (13) des Abhitzekessels (3) als Kesselrohrwand (5) ausgebildet ist.

9. Anlage nach den Ansprüchen 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abhitzekessel (3) radial angeordnete Kühlelemente (4) als sogenannte Verdampfer- und Economiser-Schotten ausgebildet sind.

10. Anlage nach den Ansprüchen 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der äußeren Kesselrohrwand (5) des Abhitzekessels (3) Stutzen (24) zum Einbringen von Rußbläserlanzen vorgesehen sind.

11. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Brennkammer (1) ein Anschluß (6) zum Eindüsen von Sekundärluft (7) in den Mittenbereich der Brennkammer (1) vorgesehen ist.

12. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Brennkammer (1) ein Anschluß (8) zum Eindüsen von Tertiärluft (9) in den Bereich am unteren Ende der Brennkammer (1) vorgesehen ist.