DE2165848A1

DE2165848A1 - Verbrennungsanlage

Info

Publication number: DE2165848A1
Application number: DE19712165848
Authority: DE
Inventors: Norman Richard Ballston Spa N.Y.; Zabriskie William Lun Shelbyville Ind.; Dibelius (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-01-04
Filing date: 1971-12-31
Publication date: 1972-07-20
Also published as: GB1363689A; ZA718285B; US3658017A; NL7118217A; FR2145141A5; CA953579A; IT946275B

Description

Dr. Horst Schüler Prankfurt, den 30.Dez. 1971

Pc:cnt=nwalt WK./Ch.

6Frankturt/Main1
Niddastr. 52

1937-4133-978

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road SCHENECTADY, N.Y./U.3.A.

Verbrennungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage und insbesondere eine Verbrennungsanlage für Industriebetriebe und Gemeinden zur Verbrennung von Abfallmaterial.

Konventionelle Verbrennungsanlagen für Industriebetriebe und Gemeinden beinhalten gewöhnlich eine oder mehrere Verbrennungskammern mit Trockenrosten und einem Abzug, um die gasförmigen Produkte der Verbrennung des Abfallmaterials in den Kammern in die Atmosphäre abzugeben. In Abhängigkeit vom Wirkungsgrad einer bestimmten Konstruktion einer Ver-

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brennungsanlage werden durch den Abzug verschiedenste Mengenanteile von giftigen Gasen und Asche in die Atmosphäre ausgestoßen. Bisher bekannte Konstruktionen für Verbrennungsanlagen waren im allgemeinen nicht in der Lage, eine gute Verbrennung des Abfallmaterials zu bewirken, da die Produkte der dabei erhaltenen unvollständigen Verbrennung aus einer großen Menge giftiger Gase und Asche bestanden, welche in die umgebende Atmosphäre in Form eines dichten beißenden Rauches abgegeben werden.

Bei dem Versuch, den Bestimmungen über Luftverschmutzung gerecht zu werden, haben in letzter Zeit ausgeführte Konstruktionen von Verbrennungsanlagen eine Reinigung der gasförmigen Produkte der Verbrennung vor dem Ausstoß in die Atmosphäre vorgesehen. Eine solche Gasreinigungsanlage für das Abzugsgas besitzt gewöhnlich eine sehr kostspielige und geräumige Konstruktion. In einigen Fällen hat diese nicht so zufriedenstellend gearbeitet, daß sie die Abzugsgase hinreichend gereinigt hat, um den Bestimmungen gerecht zu werden. Eine bekannte Reinigungsanlage für das Abzugsgas enthält Einrichtungen, um die gasförmigen Verbrennungsprodukte durch ausgesprühtes Wasser hindurchzuleiten. Dabei werden die suspendierten Ascheteilchen und andere teilchenförmige Stoffe in dem V/asser aufgenommen und dieses wird dann gesammelt und zu einem geeigneten Klärsystem gefördert. Diese Art der Reinigungsanlage für Abzugsgas ist sehr kostspielig und kompliziert und liefert nicht nur einen Beitrag zu den hohen Kosten und zu einem massiven Aufbau von vorbekannten Verbrennungsanlagen, sondern auch zu einer Wasserverschmutzung.

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Weiterhin führen die für eine gute Verbrennung notwendigen sehr hohen Temperaturen in den Verbrennungskammern zu sehr heißen Abgasen, welche zu einer unbefriedigenden Arbeitsweise der Reinigungsanlage für das Abzugsgas führen können und damit zu einer unerwünschten Verschmutzung der umgebenden Atmosphäre. Durch die Einfügung einer Reinigungsanlage für das Abzugsgas ergibt sich somit eine Beschränkung der Temperatur im Innern der Verbrennungskammern, welche bei diesen vorbekannten Konstruktionen dazu beiträgt, daß sie nur eine schlechte Verbrennung verwirklichen.

Es ist selbstverständlich erforderlich, Vorkehrungen zu treffen, um jegliche Reste an brennbarem Material und nicht brennbarem Material zu sammeln und wegzuschaffen. Eine bekannte Anlage zur Erzielung dieser Punktion umfaßt ein Förderband, das unter den Verbrennungskammern angebracht ist zur Aufnahme solcher Materialien und sie von den Verbrennungskammern weg zu einem geeigneten Ablagerungsbereich fördert. Eine solche Fördereinrichtung ist ebenfalls sehr kostspielig und benötigt weiterhin einen beträchtlichen Raum, der einen Beitrag zu den hohen Kosten und der massiven Bauweise vorbekannter Verbrennungsanlagen liefert.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine neuartige: und verbesserte Verbrennungsanlage zu schaffen, welche in der Lage ist, eine praktisch vollständige Verbrennung des Abfallmaterials zu bewirken und bei der praktisch von Feststoffen freie Abzugsgase in die Atmo -

Sphäre ausgestoßen werden mit einer entsprechenden Ver-

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ringerung der Luft- und Was serve rs chmutzung|auf ein Minimum.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine neuartige und verbesserte Verbrennungsanlage zu schaffen, welche die Verwendung von kostspieligen und komplizierten Reinigungseinrichtungen für das Abzugsgas vermeidet.

Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine neuartige und verbesserte Wirbelverbrennungsanlage mit * den vorstehenden Eigenschaften zu erhalten, bei der jegliches restliche brennbare Material und nicht brennbare Material während des Verbrennungsvorganges aus der Verbrennungskammer ausgestoßen werden durch die Wirkung eines Wirbels ohne Verwendung von kostspieligen und räumlich ausgedehnten Anlagen zur Handhabung und Förderung des Materials.

In einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung ist eine Verbrennungsanlage mit einer Verbrennungskammer ausgestattet, die im Abstand angeordnete Endwände und eine Seitenwand besitzt, wobei die mittlere Längsachse zwischen den Endwänden verläuft. Die Kammer befindet sich vorzugsweise in einer Betriebslage, bei der ihre mittlere Längsachse horizontal oder im wesentlichen horizontal verläuft. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um Abfallmaterial und Primärluft in die Kammer einzubringen und zur Einstellung einer Wirbelbewegung des Abfallmaterials auf eine der Endwände zu. Weiterhin sind Vorkehrungen vorhanden zum Zünden des Abfallmaterials während dieser Wirbelbewegung. Der Druck der Primärluft ist aus-

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gewählt im Bereich von etwa 10 cm bis 50 cm Wassersäule (4 Zoll H₂O - 20 Zoll HgO) und beträgt vorzugsweise etwa 30 cm Wassersäule (12 Zoll HpO). Weiterhin wird sekundäre Luft in die Kammer in einem Bereich stromabwärts von dem Bereich zur Einführung des Abfallmaterials eingeführt und der Druck der Sekundärluft beträgt vorzugsweise etwa 30 cm Wassersäule (12 Zoll HpO).

Eine Ausstoßöffnung für den Abzug besitzt ein offenes Ende, das sich in d;e Kammer hinein in der Nähe einer Endwand öffnet und im wesentlichen konzentrisch zur mittleren Längsachse der Kammer ist. Eine zweite Ausstoßöffnung besitzt ein offenes Ende, das sich in die Kammer hinein öffnet in einem Bereich stromabwärts von dem Bereich der Einführung des Abfallmaterials und benachbart zur inneren Oberfläche der Seitenwand, um während des Verbrennungsvorganges aus der Kammer restliches brennbares Material und nicht brennbares Material auszustoßen, das in dem äußeren Bereich des Wirbels aufgenommen ist. Für das Querschnittsverhältnis des offenen Endes der Abzugsöffnung für den Ausstoß zum Querschnitt der Kammer senkrecht zur Längsachse wird ein Wert im Bereich von 1/16 bis 4/25 ausgewählt und ein bevorzugter Wert ist 1/9.

Die Verbrennungskammer besitzt vorzugsweise eine allgemein zylindrische Form und das offene Ende des Abzuges besitzt vorzugsweise eine allgemein kreisförmige Form. Für diese räumlichen Ausgestaltungen können die obigen Verhältnisse der Querschnittsflächen in entsprechende Durchmesserverhältnisse übersetzt werden. Das Ergebnis

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davon ist, daß das Verhältnis des Durchmessers des offenen Endes der Öffnung für den Abzug zum inneren Durchmesser der Kammer in dem Bereich von 1/4 bis 2/5 ausgewählt wird und vorzugsweise 1/3 beträgt.

Figur 1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung der Verbrennungsanlage nach Figur 1 und zeigt insbesondere den Weg für die Wirbelbewegung des Abfallmaterials im Innern der Verbrennungskammer.

Figur 3 ist eine Seitenansicht der Verbrennungskammer und des ihr zugeordneten Abscheiders.

Figur 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 der Figur 3·

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Verbrennungsanlage und diese umfaßt im allgemeinen eine Einheit zur Verringerung der Größe und zur Zerkleinerung des Abfallmaterials, eine Einrichtung zum Einbringen des Abfallmaterials und von primärer Luft in eine Brennkammer zur Erzeugung einer Wirbelbewegung des Abfallmaterials, eine Einrichtung zur Zündung des Abfallmaterials während seiner Wirbelbewegung, eine Ausstoßeinrichtung zum Ausstoß von gasförmigen Verbrennungsprodukten, restlichem brennbarem Material und nicht brennbarem Material aus der Verbrennungskammer und einen Abscheider zur Trennung der an der Ausstoßeinrichtung ausgestoßenen gasförmigen und festen Materialien. Die Verbrennungsanlage gemäß der vor-

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liegenden Erfindung ist besonders geeignet zur Beseitigung von festem Abfallmaterial der Industrie und von Gemeinden, wie beispielsweise Papier, Erdnußschalen, Pappkartons, Holzabfälle, Müll, Blätter, Flaschen, Büchsen und brennbarem Kehricht. Die Verbrennungsanlage ist jedoch auch in der Lage, flüssiges Abfallmaterial zu beseitigen, wie beispielsweise Öle, Farben und Reste von galvanisehen Bädern.

Im einzelnen enthält die Verbrennungsanlage nach Figur 1 eine Einheit 10 zur Verringerung der Größe zum Zerreißen und Zerkleinern des Abfallmaterials in Stücke, die klein genug sind, um wirkungsvoll zur Verbrennungskammer gefördert und dort verbrannt zu werden.

Wenn das Abfallmaterial, das beseitigt werden soll, bereits eine annehmbare Größe besitzt, wie beispielsweise Sägespäne, dann ist die Einheit 10 zur Verringerung der Größe des Materials nicht erforderlich. Die Zerkleinerungseinheit 10 kann aus irgendeiner geeigneten Konstruktion bestehen und enthält eine Schütte 12 mit einem offenen Ende 13, in die das Abfallmaterial zur Zerkleinerung durch einen Zerreiß- und Zerkleinerungsmechanismus (nicht gezeigt) eingegeben wird, welcher durch einen Motor 14 betätigt wird. Nachdem das Abfallmaterial zerkleinert worden ist, wird es in ein pneumatisches Fördersystem hereingesogen. Dieses enthält ein Gebläse 16, betätigt durch einen Motor 13, welches das zerkleinerte Material in einen primären Luftstrom hineingibt und durch eine Rohrleitung transportiert, die sich in eine Verbrennungskammer 22 hinein Öffnet. Die Verbrennungskammer 22 kann

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irgendeine geeignete Form besitzen. Vorzugsweise ist sie zylindrisch und besitzt ein Paar von im Abstand angeordneten Endwänden 24 und 26, die durch eine ringförmige Seitenwand 28 verbunden sind. Die Kammer 22 wird in ihrer Betriebslage vorzugsweise so angeordnet, daß ihre mittlere Längsachse, welche sich zwischen den beiden Endwänden 24- und 26 erstreckt, wie in Figur 3 gezeigt^horizontal oder praktisch horizontal verläuft. Erwünschtenfalls kann die Endwand 26 der Kammer 22 eine Tür 30 aufweisen, um den Zugang zum Inneren der Kammer 22 zu gestatten. In der besonderen dargestellten Ausführungsform umfaßt die Seitenwand 28 der Kammer 22 ein äußeres Gehäuse 32 (Figuren 3 und 4), das aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt, hergestellt ist. Das Gehäuse 32

aus geeignetem Material ist mit einer oder mehreren inneren Schichten 34, 36Vausgekleidet, beispielsweise feuerfestem Mauerstein. Die innerste Schicht 34 ist so ausgelegt, daß sie eine gute Beständigkeit gegen Abrieb besitzt und die Schicht 36 kann so ausgelegt werden, daß sie gute Wärmeisolationseigenschaften besitzt oder die Wärme gut weiterleitet. Die Endwände 24 und 26 der Kammer 22 können in ähnlicher Weise aus einer äußeren Schicht von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und inneren Schichten aus feuerfesten Mauersteinen gebildet werden. In der abgebildeten Ausführungsform tritt das Leitungsrohr 20 in die Kammer tangential zur Seitenwand 28 in der Nähe des Oberteils der Kammer 22 benachbart zur Endwand 26 an der linken Seite der Kammer gemäß der Abbildung in Figur 1 ein. Bei gewissen Anlagen kann es erwünscht sein, das Leitungsrohr 20 in die Kammer 22 in einem Bereich eintreten zu

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lassen, welcher sich im wesentlichen in der Mitte zwischen den Endwänden 24 und 26 "befindet.

Die kontinuierliche Einführung eines Gemisches von Abfallmaterial und Luft in die Kammer 22 aus dem Leitungsrohr 20 tangential zur Seitenwand 28 erzeugt eine Wirbelströmung des Abfallmaterials, welche von einem Bereich benachbart der Endwand 26 sich auf die Endwand 24 im Uhrzeigersinn bewegt, gesehen von der Endwand 26 der Figur 1 aus oder in Richtung des Teils 37 der figur 4. Selbstverständlich kann die Rohrleitung 20 so angeordnet werden, daß sie in die Kammer 22 an der oberen rechten Seite eintritt anstatt an der oberen linken Seite. In diesem Fall wird die Richtung des Wirbels von der abgebildeten Richtung im Uhrzeigersinn umgekehrt in eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn.

Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Gesamtdruck der aus der Rohrleitung 20 austretenden Luft maximal 50 cm Wassersäule und liegt vorzugsweise bei einem Wert von etwabO cm Wassersäule. Der Druck kann jedoch gesenkt werden bis zu einem Wert von etwa 10 cm Wassersäule,wenn feinverteiltes in hohem Maße brennbares Material mit einer geringeren Geschwindigkeit der Wärmeabgabe verbrannt wird. Daher sind gemäß der vorliegenden Erfindung Austrittsdrucke für die Rohrleitung 20 im Bereich von 10 cm bis 50 cm Wassersäule eingeschlossen.

Um das in die Kammer 22 eintretende Abfallmaterial zu zünden, ist ein geeigneter Gasbrenner 38 in der Nähe der Endwand 26 der Kammer 22 so angeordnet,.daß er tangential

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in die Kammer hinein brennt benachbart zu dem Boden an der rechten Seite gemäß der Darstellung in Figur 1. Unter den Bedingungen, bei denen ein Gemisch von Abfallmaterial und Luft kontinuierlich in die Kammer 22 eingeführt wird, wurde beobachtet, daß der Brenner 38 gewöhnlich nach Bewerkstelligung der Zündung des Abfallmaterials abgedreht werden kann.

Um die Verbrennung des Abfallmaterials zu fördern und seine Wirbelströmung aufrecht zu erhalten, sind Vorkeh-

w rungen getroffen, um eine gesteuerte Menge· von sekundärer Luft in die Kammer 22 kontinuierlich während des Verbrennungsvorganges einzuführen. Zu diesem Zweck ist ein von einem Motor 42 angetriebenes Gebläse 40 so angeordnet, daß es die sekundäre Luft in die Kammer 22 vorzugsweise in der Nähe des Bodens und an der rechten Seite entsprechend Figur 1 einführt. Die sekundäre Luft wird tangential zur Seitenwand 28 eingeleitet in einem Bereich stromabwärts von dem Bereich der Einleitung des Gemisches von Primärluft und Abfallmaterial. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der Druck der sekundären Luft vorzugsweise bei etwa 30cm Wassersäule. Gewünsentenfalls kann eine Einrichtung vorgesehen sein zur Vorheizung der Sekundärluft, welche in die Kammer 22 durch das Gebläse 40 eingebracht wird. Bei der beschriebenen Anordnung wird das brennbare Abfallmaterial praktisch vollständig verbrannt, während es sich in Suspension in einem freien Wirbel befindet. Dabei wandern die schwereren, festen Abfallteilchen und das nicht verbrennbare Material in einem wirbeiförmigen Weg längs der inneren Oberfläche der Schicht 34 auf die Endwand 24 zu. Das feste Material wird gegen

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die innere Oberfläche der Schient 34 getrieben durch die Tangentialkomponente der Geschwindigkeit des Wirbels. Andererseits erzeugt die radial nach innen gerichtete Komponente der Geschwindigkeit eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen der Luft und dem brennenden Material, welche in starkem Maße die Verbrennungsgeschwindigkeit beschleunigt. Die Temperaturen liegen unterhalb der Temperatur für das Zusammenschmelzen der Asche (ash fusion temperature), so daß keine Schlackenbildung auftritt.

TJm die gasförmigen Verbrennungsprodukte aus der Kammer 22 in die Atmosphäre auszustoßen, ist eine erste Ausstoßeinrichtung vorgesehen einschließlich einer ersten Ausstoßöffnung oder eines Abzugs 44· Dieser besitzt ein offenes Ende, das sich in die Kammer 22 im Bereich der Endwand 24 hinein öffnet und welches praktisch konzentrisch zur mittleren Längsachse der Kammer ist. Wie am besten aus Figur 3 ersichtlich, enthält der Abzug 44 einen Hohlzylinder 46 aus irgendeinem geeigneten Material, der sich durch eine Öffnung in einem Gußteil 48 erstreckt, welcher einen Teil der Endwand 24 bildet. In der besonderen Ausführungsform gemäß der Abbildung enthält die Endwand 24 angrenzende Schichten 50 und 52, die aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus feuerfesten Mauersteinen, gebildet sind, ein Gußteil 54 und eine äußere ringförmige Platte 56, die alle mit geeigneten Befestigungsmitteln (nicht gezeigt) miteinander verbunden sind und das Gußteil 48 umgeben. Eine ringförmige Platte 57 umgibt den Zylinder 46 und ist mit seinem äußeren Umfang verbunden. Die Platte 57 ist an dem Gehäuse 48 an seiner äußeren Oberfläche durch geeignete Befestigungsmittel

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(nicht gezeigt) "befestigt und überragt einen Teil der Platte 56. Die Platten 56 und 57 sind lösbar in irgendeiner geeigneten Weise an ihren überlappenden Teilen miteinander verbunden, so daß der Abzug 44 und das ffußteil 48 lösbar mit der Endwand 24 verbunden sind. Der Zylinder 46 ist lösbar an einem Abzugsabschnitt 58 angebracht gemäß Figur 1 und Figur 3, welcher einen vertikal verlaufenden Teil 58 A außerhalb der Kammer 22 besitzt, der sich an einem offenen Ende 59 in die Atmosphäre öffnet.

Die zweite Ausstoßeinrichtung ist vorgesehen, um aus der Kammer 22 während des Verbrennungsvorganges restliches brennbares Material und nicht brennbares Material auszustoßen. Für diesen Zweck ist in der bevorzugten Ausführungsform eine zweite Ausstoßöffnung 60 vorgesehen mit einem offenen Ende 62. Dieses öffnet sich in die Kammer 22 in einem Bereich stromabwärts von dem Bereich der Einleitung des Abfallmaterials in der Gegend der Endwand 24 und benachbart zur inneren Oberfläche der Schicht 34. Die zweite Ausstoßöffnung 60 dient zur Aufnahme und zum Ausstoß von der Kammer für restliches brennbares Material und nicht brennbares Material, welche in dem äußeren Bereich des Wirbels enthalten sind. In der dargestellten Ausführungsform der Öffnung 60 umfaßt sie eine Leitung, die sich durch die Seitenwand 2b hindurch tangential erstreckt und im wesentlichen horizontal oben über der Kammer liegt gemäß Figur 4. Das offene Ende 62 öffnet sich an der inneren Oberfläche der Schicht 34. Die Leitung 60 führt zu geeigneten Trenn- und Ausscheidungseinrichtungen gemäß der nachstehenden

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Beschreibung. Bei der beschriebenen Anordnung liegt das offene Ende 62 der Leitung 60 in dem Laufweg des restlichen brennbaren Materials und des nicht brennbaren Materials, welche sich am äußeren Bereich des Wirbels befinden und bereits zu der Nachbarschaft der Endwand 24 gewandert sind. Die Wirkung des Wirbels veranlaßt dieses Material in das offene Ende 62 zum Ausstoß aus der Kammer 22 einzutreten. Obwohl die Leitung 60 in Figur 4 horizontal verlaufend oben auf der Kammer 22 dargestellt ist, kann sie selbstverständlich in irgendeiner Winkelstellung zur Achse der Kammer angebracht werden. Beispielsweise kann es bei bestimmten Einrichtungen erwünscht sein, die Leitung 60 so anzuordnen, daß sie vertikal und nach unten verläuft. Selbstverständlich können auch anstelle der einzigen Leitung 60 eine Vielzahl solcher Leitungen gewünschtenfalls in einem Winkelabstand um die Achse der Kammer angebracht werden. Weiterhin kann die Leitung 60 ersetzt werden durch eine Schütte, die so angebracht ist«, daß sie das Material im äußeren Bereich des Wirbels aufnimmt, und die mit einer Leitung verbunden ist, welche durch die Endwand 24 verläuft.

Der größte Teil und möglicherweise das gesamte restliche brennbare und nicht brennbare Material werden in die Leitung 60 eintreten, wenn sie die Endwand 24 erreichen. In dem Falle jedoch, in dem dieses Material nicht bei dem erstmaligen Erreichen der Endwand 24 in die Leitung eintritt, wird das Material in dem Heißgasstrom aufgenommen, der normalerweise in Richtung der Pfeile 64 längs der inneren Oberfläche der Endwand 24

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auf das offene Ende 65 des Abgasrohrs 46 zuströmt, in dem ein Bereich mit niedrigem Druck besteht. Wenn das offene Ende des Abzugsrohrs 46 nicht über die Endwand herausragen würde, würde ein beträchtlicher Teil dieses Materials in das Abzugsrohr 46 eintreten und dadurch die Verwendung einer Reinigungsanlage für das Abzugsgas erforderlich machen zur Vermeidung der Verschmutzung der umgebenden Atmosphäre. Um die Menge des festen Materials zu verringern, welches aus der Kammer 22 durch das Abzugsrohr 46 austritt, ist das Abzugsrohr 46 in die Kammer 22 hinein verlängert, so daß das offene Ende des Abzugsrohrs 46 einen axialen Abstand von der Endwand 24 gemäß Figur 5 besitzt. Bei dieser Anordnung neigt das feste Material, welches nicht in die Leitung 60 eintritt, zu einer Bewegung von dem Bereich benachbart zur Endwand 24 längs des äußeren Durchmessers des Abzugsrohrs 46 auf sein offenes Ende zu. Diese Bewegung vergrößert die Verweilzeit des Materials in der Kammer und führt daher zu einer vollständigeren Verbrennung und zur Verminderung des Anteils dieses Materials, welcher in das Abzugsrohr eintritt, im Vergleich mit dem Anteil bei einer Anordnung des Abzugsrohrs, in dem es

W unmittelbar an der Endwand 24 endet.

Um die Menge des in das Abzugsrohr 46 eintretenden festen Materials noch weiter zu verringern, ist benachbart zum offenen Ende des Abzugsrohrs 46 ein Prallblech 66 angeordnet, um jegliche Teilstückchen aus restlichem festen brennbaren Material und nicht brennbarem Material nach außen auf die innere Schicht 34 der Kammer 22 abzulenken, welche sich von einem Bereich benachbart zur Endwand

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auf das offene Ende des Abzugsrohrs 46 zu bewegen. Die Anordnung ist so gestaltet, daß das in Richtung der Pfeile 64 bewegte feste Material auf die Pralleinriehtung 66 trifft und durch sie in Richtung des Pfeils 67 abgelenkt wird. Dadurch wird das auf diese Weise abgelenkte Material erneut in dem Wirbel zur weiteren Verbrennung und Bewegung auf die Endwand und zum Ausstoß durch die Leitung 60 aufgenommen. Gemäß Figur 3 umfaßt die Pralleinrichtung 66 vorzugsweise eine Platte aus irgendeinem geeigneten Material in Form eines Rings, der lösbar beispielsweise durch Bolzen 69 an einer anderen ringförmigen Platte 70 befestigt ist, welche an der Rohrleitung 46 benachbart zu ihrem offenen Ende angeschweißt oder auf andere Weise befestigt ist. Die Pralleinrichtung 66 liegt vorzugsweise über dem offenen Ende des Abzugsrohrs 46 und enthält eine mittlere kreisförmige Öffnung 71 mit einem Durchmesser d (Figur 3),der kleiner ist als der Innendurchmesser des Abzugsrohrs Die Öffnung 71 der Pralleinrichtung 66 bildet auf diese Weise das offene Ende der Abzugsleitung. Der äußere Durchmesser der Pralleinrichtung 66 und der Durchmesser d ihrer Öffnung 71 werden so ausgewählt, daß man eine optimale Arbeitsweise für die vorliegenden Bedingungen erhält. Unter bestimmten Bedingungen kann die Pralleinrichtung das Rohr 46 benachbart zu seinem offenen Ende umgeben. In diesem Falle bildet das offene Ende des Rohrs 46 das offene Ende der Abzugseinrichtung. Die lösbare Befestigung des Abzugs 44 an der Endwand 26 gestattet das Herausnehmen das Abzugsrohrs 46 und der Pralleinrichtung 66 aus der Kammer 22, so daß gewünschtenfalls ein Austausch oder eine Reparatur des Rohrs 46 und der Abzugseinrichtung

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vorgenommen werden können.

Eine Abtrenneinrichtung oder ein Separator 72 ist vorgesehen zur Trennung der Gase und des festen Materials, welche durch die Leitung 60 ausgestoßen werden, wobei das feste Material in einen geeigneten Behälter 74 fällt. Der Separator 72 ist vorzugsweise ein kommerziell verfügbarer Separator des Zyklon- oder Vortextype, bei dem das aus der Leitung 60 ausgestoßene Material tangential in den Separator 72 eingebracht wird. Das Ergebnis ist, daß das feste Material am offenen Ende des Separators 72 herausfällt in den Behälter 74· Dieses feste Material besteht aus Asche und anderen Teilchen, die in dem ■Verbrennungsvorgang gebildet werden, und außerdem aus nicht brennbarem Material, welches in irgendeiner geeigneten Weise beseitigt werden kann. Der größte Teil der restlichen brennbaren Teilchen und des nicht brennbaren Materials werden dem Separator 72 zugeführt. Ein geringer Anteil dieses Materials scheidet sich am Boden der Kammer 22 ab. Dieses abgesetzte Material kann von Zeit zu Zeit aus der Kammer in irgendeiner geeigneten Weise ent-

Die von dem Separator 72 abgetrennten Heißgase werden in die Kammer 22 zurückgeführt. Dies ist sehr vorteilhaft, da es den Wirbel im Innern der Kammer 22 aufrecht erhält, diese Gase weiter reinigt durch Entfernung von restlicher Flugasche und nasses Abfallraaterial im Innern der Kammer 22 austrocknet. Zu diesem Zweck erstreckt sich eine Leitung 76 koaxial am oberen Ende in den Separator 72. Die durch die Wirkung des Separators 72 abge-

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trennten Heißgase werden durph den mittleren unter niedrigen Druck stehenden Bereich in die Leitung 76 hineingezogen und durch diese leitung zu einem Gebläse 78 geführt, welches durch einen Motor 80 angetrieben ist. Dadurch werden die abgetrennten Heißgase aus der Leitung 76 herausgezogen und in die Kammer 22 eingeführt. Diese Gase werden vorzugsweise in die Kammer 22 in einem Bereich stromabwärts von dem Bereich der Einleitung der Sekundärluft eingeführt. Unter bestimmten Bedingungen kannfjedoch anstelle des Gebläses 78 das Gebläse für die Sekundärluft verwendet werden,um die abgetrennten Gase wieder zurück in die Kammer 22 zu bringen.

Der gesamte Druck, welcher In dsrli die Kammer eingebrachten primären und sekundären Luft zur Verfügung steht, wird ausgenutzt, um einmal dem Wirbel Energie zur Erzielung hoher Verbrennungsgeschwindigkeiten zuzuführen und andererseits das Material durch die Leitung 60 und das Abzugsrohr 46 hinaus zu beschleunigen. Es wurde beobachtet, daß die Verbrennungsgeschwindigkeiten niedriger liegen als der optimale Wert, wenn der Querschnitt der Öffnung 71, welche das offene Ende der Abzugseinrichtung bildet, zu klein ist relativ zu einem optimalen Querschnitt, da dann ein zu großer Anteil des verfügbaren Drucks verwendet wird, um den Materialfluß aus der Verbrennungskammer hinaus zu beschleunigen. Wenn andererseits der Querschnitt des offenen Endes der Abzugseinrichtung zu groß ist relativ zu einer optimalen Querschnittsgröße, dann ist es unmöglich, das Wirbelströmungsfeld aufrecht zu erhalten, welches für die Erzielung der zentrifugalen Abscheidung der Flugasche und für die prak-

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tisch vollständige Verbrennung größerer Teilchen erforderlich ist. Untersuchungen haben ergeben, daß die optimale Querschnittsfläche des offenen Endes der Abzugseinrichtung eine bestimmte Beziehung zu der Querschnitts fläche der Verbrennungskammer 22 senkrecht zu ihrer Längsachse besitzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verhältnis des offenen Endes derJAbzugseinrichtung zum Querschnitt der Brennkammer senkrecht zu ihrer Längsachse in dem Bereich zwischen 1/16 - 4/25 ausgewählt und beträgt vorzugsweise etwa 1/9· In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung l^o^e^^siri§HüeMnn^%lvi^i^^e%ngewandelt werden und das Verhältnis des Durchmesseis d des offenen Endes der kreisförmigen Abzugsöffnung zum Durchmesser D der zylindrischen Ka mer 22 wird ausgewählt im Bereich zwischen 1/4 - 2/5. Diese Durchmesserverhältnisse haben sich wirksam erwiesen in einem Bereich der Durchmesser der Kammer von etwa 45 cm bis 4,5 m.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis des Durchmesser d zum Durchmesser D mit etwa 1/3 ausgewählt; das heißt mit anderen Worten wird der Innendurchmesser D der Kammer 22 so gewählt, daß er etwa dreimal so groß ist wie der Durchmesser d des offenen Endes der AbzugsÖffnung. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht beschränkt auf die dargestellte zylindrische Form der Kammer und die dargestellte kreisförmige Porm der Abzugsöffnung und ist in ihren weitergehenden Gesichtspunkten auch auf andere Formen der Kammer und der Abzugsöffnung anwendbar, welche nicht zylindrisch

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und nicht kreisförmig sind.

Der Charakter des Strömungsfeldes des freien Wirbels wird stark beeinflußt durch das Verhältnis des Durchmessers d zum Durchmesser D. Wenn gemäß der Erfindung die Größe dieser Durchmesser richtig ausgewählt wird, ergibt das starke Strömungsfeld für den freien Wirbel eine Tangentialgeschwindigkeit, die sich mit Verkleinerung des Radius erhöht. Daher wird die Tendenz der Teilchen durch die Zugkräfte, welche ihnen von der radial nach innen verlaufenden Strömung vermittelt werden, zu der Mitte der Kammer 22 gezogen zu werden, ausgeglichen durch ein stärkeres Zentrifugalkraftfeld. Daher werden die Teilchen so lange in Suspension gehalten, bis die vollständige Verbrennung eingetreten ist oder bis sie aus der Kammer 22 durch die Leitung 60 abgezogen werden.

Kit Hilfe der Erfindung wird eine sehr wirksame Verbrennungsanlage mit der Eigenschaft geschaffen, daß die Ausstoßgase in die Atmosphäre praktisch frei von teilchenförmigen Stoffen sind und die Verschmutzung von Luft und Wasser auf ein Minimum reduziert ist. Weiterhin werden restliche brennbare Teilchen und nicht brennbares Material während des Verbrennungsvorganges durch den Wirbel aus der Brennkammer ausgestoßen und dadurch wird die Notwendigkeit zu der Anbringung von kostspieligen und komplizierten Anlagen zur Handhabung des Materials und zur Förderung des Materials aus der Verbrennungskammer heraus vermieden. Weiterhin wird die Notwendigkeit für kostspielige und komplizierte

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Reinigungsanlagen für das Abgas durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden, welche einen Betrieb der Verbrennungsanlage bei Temperaturen gestattet, welche höher sind als die Temperaturen die zulässig wären bei Verwendung von Reinigungsanlagen für das Abgas. Weiterhin bewirkt die Verbrennungsanlage eine praktisch vollständige Verbrennung brennbaren Abfallmaterials und dies führt zu einer äußerst hohen Verringerung des ursprünglichen Volumens des Abfallmaterials. Eine typische beispielhafte Konstruktion der Verbrennungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Verbrennungskammer mit einer inneren Länge von etwa 2,40 m und einem inneren Durchmesser D von etwa 1,35 m. Das Abzugsrohr 46 besitzt einen Innendurchmesser von etwa 60 cm und erstreckt sich in die Kammer hinein über eine Entfernung von etwa 40 cm von der inneren Oberfläche der Endwand 24. Die Prallplatte 66 besitzt einen Durchmesser von etwa 88 cm und ihre öffnung 71 besitzt einen Durchmesser d von etwa 45 cm. Ebenso besitzt die Leitung 60 einen Innendurchmesser von 10 cm. Eine Verbrennungsanlage einer solchen Konstruktion ist gegenwärtig in der Lage, festes Abfallmaterial mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 %> und normalerweise einem Aschengehalt von

" 10 <fo zu beseitigen mit einem Wärmewert von etwa 750 kcal/kg (6000 BTU pro Pfund) und mitjeiner Durchsatzgeschwindigkeit von etwa 2000 kg (4000 Pfund) pro Stunde, Dabei wird eine nahezu 98 $ige Zerstörung des brennbaren Materials bewirkt. Zur Zeit gestattet eine solche Konstruktion einer Verbrennungsanlage den Ausstoß teilchenförmigen Materials in die Atmosphäre auf einen Wert von weniger als etwa 0,5 g /Normal m (0,2 grains pro Stan-

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dardkubikfuß) des Abzugsgases zu beschränken. Diese Ergebnisse sind erreichbar 'mit Kammertemperaturen zwischen etwa 65O⁰G (120O⁰F) und etwa 1200⁰C (2200⁰F)

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Claims

Patentansprüche

ί l.JVerbrennungsanlage zur Verbrennung von Abfallmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: eine Brennkammer (22) mit Im Abstand angebrachten Endwänden (24, 26) und einer Seitenwand (28), deren mittlere Längsachse sich zwischen den Endwänden (24, 26) erstreckt, eine Einrichtung (16, 20) zur Zufuhr von Abfallmaterial und primärer Luft in die Kammer (22) zur Er-

tk zeugung einer Wirbelbewegung des Abfallmaterials auf eine der Endwände (24, 26) zu, eine Einrichtung (38) zur Entzündung des Abfallmaterials während seiner Wirbelbewegung, eine erste Abzugseinrichtung (44) mit einem offenen Ende, das sich in die Kammer (22) hinein in die Nähe einer Endwand (24, 26) öffnet und im wesentlichen konzentrisch zu der mittleren Längsachse ist, eine zweite Abzugsöffnung (60) mit einem offenen Ende (62), das sich in die Kammer (22) benachbart zur inneren Oberfläche der Seitenwand (28) öffnet zum Ausstoß von restlichem brennbarem Material und nicht brennbarem Material, welche in dem äußeren Bereich des Wirbels enthalten sind, während des VerbrennungsVorganges, wobei das Querschnittsverhältnis des offenen Endes der ersten Abzugseinrichtung (44) zu der Querschnittsfläche der Kammer (22) senkrecht zu ihrer Längsachse im Bereich von 1/16 bis 4/25 liegt.
2. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch

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gekennzeichnet , daß sie eine Einrichtung (40) zur Einleitung von sekundärer Luft in die Kammer (22) tangential zur Seitenwand (28) in einem Bereich stromabwärts von dem Bereich der Einführung des Abfallmaterials besitzt.
3. Verbrennungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Druck der Sekundärluft etwa 30 cm Wassersäule beträgt.
4. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Querschnittsverhältnis etwa 1/9 beträgt.
5. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Druck der Primärluft im Bereich von 10 cm bis 50 cm Wassersäule liegt.
6. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Druck der Primärluft etwa 30 cm Wassersäule beträgt.
7. Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (22) so angeordnet ist, daß ihre mittlere Längsachse im wesentlichen horizontal verläuft.
8. Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche 1-7,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (22) eine allgemeinjzylindrische Form besitzt und das offene Ende der ersten Abzugseinrichtung eine allgemein kreisförmige Gestalt besitzt und weiterhin das Verhältnis des Durchmessers des offenen Endes der ersten Abzugseinrichtung zum Innendurchmesser der Kammer etwa 1/3 beträgt.
9. Verbrennungsanlage nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende der ersten Abzugseinrichtung einen axialen Abstand von der einen Endwand besitzt.
10. Verbrennungsanlage nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Pralleinrichtung (66) benachbart zum offenen Ende der ersten Abzugseinrichtung (46) besitzt zur Ablenkung restlichen brennbaren Materials und nicht brennbaren Materials, das sich von einer Endwand auf das offene Ende dieser ersten Abzugseinrichtung zu bewegt, nach außen auf die Seitenwand (28) zu.
11. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Abzugs einrichtung tangential durch die Seitenwand verläuft .
12. Verbrennungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß sie ein Prallblech (66) benachbart zum offenen Endö der ersten

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Abzugseinrichtung besitzt, um das restliche brennbare Material und das nicht brennbare Material
während seiner Bewegung von dem Bereich benachbart zu einer Endwand auf das offene Ende der ersten
Abzugseinrichtung zu nach außen zur Seitenwand ablenkt .

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