DE2256935A1

DE2256935A1 - Wirbelschichtreaktor

Info

Publication number: DE2256935A1
Application number: DE2256935A
Authority: DE
Inventors: David Kelleher; Andrew B Steever
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1971-11-22
Filing date: 1972-11-21
Publication date: 1973-05-30
Also published as: FR2160929B1; GB1419535A; JPS567125B2; AU4768472A; CA968633A; IT975286B; US3863577A; AU472564B2; NO134473C; FR2160929A1; ZA727193B; SE7213432L; NL7214475A; JPS4863571A; NO134473B

Description

DD-622WPSSBAPESI 2β. Nov; 1972 Pfötfadi-1327',

<& (061Μ) 372ΓΪ0 Telegrammadresse: WILLPATENt

Case G-I388

lBss>3rj>oariated, 77 Haveraeyer p, S*amfS>3r&;. Connecticut 06904, USA

Firl.(aari.tgjfcis

. 200 994 vom
. in USA

bei derr DurchführuiOT ^ . in einem Wirbelschichtrealcfbinsir in ^ e4|i@®nSMShfesnReaktor erfolgt durch

sipmg;τ <$&§·$Afisfalllr^feeiiaaSs ioneane. Schicht aus -. inertem

tses«?- i^;iEriiH:Siigficö.]e«'itiaiie3i^>iäi_rloder -Sand im Wirbelsehichtzustarasäl gls- asCg«br#iaß@J#^rrVerbrennungsluft, die aus einem Wind

äne Lochplatte eingedrückt
Beispiele für die Verbrennung

351 030, 3

s ifflr oder -oberhalb einer Wirblestrtiicfcfc bekannt aus den ÜSA-Patentsshrifffcram 53Ο 193. ^:

3tfl 3 5 9

Postsiäieii.· Bapfe,Dresdner Bank AG.cW!esbaden, Konto-Nr. 276807

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die sogenannte Nachverbrennung in dem freien Raum oberhalb der Wirbelschicht zu verhindern oder so weit herabzusetzen, daß der Verbrennungsprozeß in solcher Tieise durchgeführt wird, daß in einer kompakten Zone unmittelbar oberhalb der Deckschichten der Wirbelschicht und sich damit vermengend eine vollstiindige Verbrennung erreicht wird. Wenn man beispielsweise ein Material wie entwässerten Stadtabv/asserschlamm oder sonstigen Peststoff oder flüssigen Abfallbrennstoff unmittelbar in den unteren Teil der Wirbelschicht einspeist, kann eine Nachverbrennung beträchtlich oberhalb der Wirbelschicht auftreten. Ein solcher Zustand wird durch etwas unverbranntes Ilaterial hervorgerufen, das die oberen Bereiche der Schicht infolge ungleichmäßiger Verteilung und Dispergierung in der Schicht erreicht, sowie aufgrund der Tatsache, daß die Verbrennungsgase dazu neigen, einen Weg unmittelbar aufwärts zum Schornstein unter Nachverbrennung im oberen Teil des freien Oberstandsraumes zu nehmen. ^T>7enn man auch durch Vergrößerung der Schichttiefe Nachverbrennung herabsetzen kann, so werden die Kosten der Aufwirbelungsenergie für eine tiefe Schicht unter Umständen übermäßig.

Hinsichtlich der oben dargelegten Schwierigkeit der Nachverbrennung wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform erläutert, wie sie auf die Verbrennung der organischen Bestandteile aus einem Abtrennverfahren aus häuslichem oder städtischem Müll, d.h. nach Abtrennung von dem nicht verbrennbaren Abfall und ähnlichem Material angewendet wird. Die USA-Patentschrift 3 549 beschreibt beispielsweise ein Verfahren, bei den diese organi-

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-y

sehen Bestandteile auf dem ^T*7ege einer ·.Kombination von hydraulischer und .mechanischer Trennung erhalten werden, um dann das abgetrennte organische Material zu entwässern und das entwässerte Iiaterial der Verbrennung zn unterziehen.

Bei einem in dieser T*7eise erhaltenen organischen Äbf allmaterial hoher Feuchtigkeit besteht die Schwierigkeit, wie man eine vollständige Verbrennung wirksam und wirtschaftlich in einem Wirbelschichtreaktor erreichen und aufrechterhalten kann. Diese Schwierigkeit beruht auf dem geringen Schüttgewicht und dem flockigen oder schaumigen Charakter dieses Uäterials, das-bei der vorerwähnten ?Tülltrennung mit einem Feststoffgehalt von üblicherweise 40 ^is ^AS °-, anfällt. Dieser rJasser gehalt muß verdampft und auf Verbrennungstenperatur überhitzt werden.

Insbesondere beruht das Problem hier auf der Tatsache,, daß solch lockeres und flockiges Material trots hohen Feuchtigkeitsgehaltes sich nicht leicht mechanisch unmittelbar in die Wirbelschicht salbst einführen lassen würde. Dies beruht au'f der Schwierigkeit ler Verteilung auf rashrere F-inspeisstellen· ν ittels Hinspeissc'inecken, c.ie rincrs um die Schicht verteilt sind. Mechanische Verteilung dieses Materials auf mehrere Finspeisungsstellen würde unwirtschaftlich und mechanisch kompliziert sein.

'-cnn ran andererseits ein Material dieser Art in den freien fiberrtan^sraum so einführt, daß es a.bw'irts gegen die Schicht gerichtet wird, so besteht ein Probler" aufgrüne¹, der "Schwierigkeit oder Hnrüoclichkeit, eine wirksame Verbrennung in einer ?one nahe an dor OborflcVohe der "Tirbelschicht zu erzielen. Daher würde die bestenfalls in.einer hohen "Tachverbrennungszone auf-

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BAD OBieiWAt

treten nit aor :'egleiterscheinung unerwünschter Bedingungen und Ergebnisse, wie übermäßige Terpneraturen in den P-.bgaoleitungen/ cregchenenfalls in de?¹. Vorerhitzer für die Verbrennungsluft. Tvegen der großen '!enge Zusatzbrennstoff, der in die Schicht eingespritzt werden müßte, um die notwendige Fchichttemperatur aufrechtsuer™ halten, ist es außerdem wirtschaftlich untragbar, eine vollständige Verbrennung unter diesen Bedingungen aufrechtzuerhalten. Finzu ^l'omt, daß infolge des anfallenden großen Volumens an so erzeugten Rauchgasen hoher Temperatur der Betrieb technisch unpraktisch werden-würde.

V.s ist deshalb ein Siel eier 3'rflndung, einen ^irbelschichtreaktor zu schaffen, der in der Lage ist, die Verbrennung von 7Vhfaltmaterial in solcher !leise zu handhaben, daß IT ach verb rennung auf ein Mindestnaß herabgesetzt ist, wenn das Material in den freien fiberstandsraum oberhalb der Schicht eingeführt wird, wobei der Reaktor für die Verbrennung des erwähnten lockeren und flockigen organischen Materials angepaßt sein muß, wie es aus.städtischem und industriellem Müll durch Abtrennung des nicht verbrennbaren Abfalles anfällt.

Die Aufgabe der Erfindung läßt sich durch Anordnung von Lufteindüseinrichtunaen oder Strahleinrichtungen hoher Luftgeschwindigkeit lösen, die in der Reaktorwand montiert und in einer horizontalen Ebene so angeordnet sind, daß eine Verhrennungszone hoher Turbulenz unmittelbar angrenzend an die oberen Schichten der Wirbelschicht und sich damit vermengend eingestellt und aufrechterhalten wird. Die unter einer, geeigneten Winkel zu de^i zugeordneten Reaktorradius eingestellten Strahlen erhalten eine solche. T

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ratur in einer solchen "one in einem horizontalen Wirbel aufrecht.

In diener relativ begrenzten oder kompakten Verbrennungszone hoher Turbulenz wird das Abfallmaterial der Verbrennung in Gegen-V7art von Sauerstoff unterzogen, der durch die Luftstrahlen und die Aufströmungsluft zugebracht wird. Ferner werden Sandteilchen, die ständig von der Schicht in diese Verbrennungszone eraporgeworfen werden,kontinuierlich durch Konvektion in dieser Verbrennungszone erhitzt und fallen dann zurück, um sich mit dem Haupt-. anteil der Schicht wieder zu vermengen. Diese Wärmeüberführung, durch "onyektion zusammen mit der Strahlungswärme aus der Ver~ brennungssone in Richtung auf die Schicht führen zur Aufrechter-· haltung einer geeignet hohen Schichttercperatur.

Die¹ Var.brennungsleistung in einem 'Äfirbelschichtreaktor kann beurteilt werden, indem man die Temperaturdifferenz zwischen der ^T>7irbelschicht und den .Abgasen am Fveaktorauslaß beobachtet. Beispielsweise bedeutet eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Schicht und überstehendem Raum, daß Wärme wirksam auf die Schicht überführt wird. Andererseits zeigt eine hohe"Temperaturdifferenz an," daß die Verbrennungszone sich in die obersten Schichten des freien nhorstandsraumes erstreckt und daß !/-arma in dem Kamin ver~ loron geht, ,statt, auf die Hchicht übertragen zu werden..

Durch Trstollung der Verbrannunqszone au.f den\ Schichtspiegel gertfiß der Erfindung werden jedoch Nachverbrennung und Abgastemperaturen weitgehend vermindert, und die Verbrennung kann wirkungsvoll und wirtschaftlich entweder durch autogene Verbrennung von

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BAD ORJ0INAL

sehr feuchtem Abfall oder sonst irit nur geringfügigem Susatz von Ergänzungsbrennstoff in der "Urbeischicht durchgeführt werden, wonn ."tor "eizwort etwas niedrig xmC./οΊατ der Feuchtigkeitsgehalt der Finsneirmnrr atv;e.3 hoch. ist.

einer .^susführunrnfom eier Erfindung wird dar, lockere und flockige, jedoch r.ohr feuchte organische Λ hf allmatsrial durch den überstandsraun gegan einen Auf troff bezirk der vorerwähnten Verbrennung sz one geblasen. :*u diesen Hweck r.iacht man geFäß der Krfindung vorteilhaftervreise Gebrauch von einer ^inspeisöüse, der DrucJzluft in solcher 'Jeise zuaeführt v/ird, daß das aus der Düca auszustoßende !,bfallrraterlal auf eine konisch gevTundene Cpiralbavregung v\±t genügend hoher Geschwindigkeit erebrächt wird, um die Sielfl'iche der Vv^rbrennungpzone zu erreichen vorglichen mit der relativ niedrigen Aufwrrtngeschwindigl-.cit der v/enigar dichten heißen Verbrennungsgar.e. Fenn das Jlaterial diene Verbrennungs-3one erreicht, rufen die horizontal gerichteten Luftstrahlen und die Turbulenz in dieser tfone die gleichzeitige Disnergierung unci Verbrennung des Materials horizontal über den Bereich eier Tchicht hervor.

Besondere ?ierkraale ergeben sich für die Konstruktion der einführung sdtise zur T^rzeuaung der spiralisch goxnindenen, abwärts gerichteten Flaterialbewegung.

Bei einer anderen hier dargestellten Ausführungsform d^r Erfindung wird das Abf allmaterial, z.P. entvr"sserter städtischer .^Ab" v/asserschlainn oder sonstiger Pbfallbrennstoff, unmittelbar in die Wirbelschicht eingeführt. Unvollständiae Verbrennung und ilachver-brennung treten auf, weil das Material oder flüssiger oder gas-

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förrniger Brennstoff durch die Schicht aufsteigende Kanäle bildet.

?Iach der Erfindung- werden unverbranntes Material, das die pberen Lagan der Wirbelschicht eroicht, oder verbrennbare Dämpfe oder Gase:, die sich aus dem Material entwickeln, der Tfirkung der Luftstrahlsii ausgesetzt, die dein Material eine starke horizontal gerichtete Geschwindigkeitskoraponente erteilen und somit eine horizontale Dispersion und Verbrennung in einer Zone dicht an der Wirbelschicht bewirken. 3in Merkmal dieser Aus'führungs™ form besteht carin, daß die aufzuströmende Schichttiefe auf ein '"!aft herabgesetzt werden kann, das mit dem Erfordernis der TTärmenpeicherung in der Schicht vertraglich ist, während trotzdem cie '^achvsrbrennung minimal ist.

Anders 'ierknale und Vorteile ergeben sich aus der nächstehenden .Beschreibung.

r>a rlio Erfindung in verschiedenen Formen verwirklicht werden hann, ohne vom Grundgedanken oder wesentlichen Merkmalen abzuweichen, ist die vorliegende ZUisführuncrsform nur erläuternd und nicht beschränkend, da der Rahmen der Erfindung durch die Ansprüehe definiert ist.

Fig. 1 zeiat ein Fließbild für die Müllauftrennung zur Erläuterung einer ?.usfuhrungsform der Erfindung mit einer Kinspeisdüse, die das Äbfaltmaterial in den Überstandsraun cos Reaktors aussendet und mit Hilfsluftstrahlein-·

ric-itTingen zusan.msnarbeitet, die eine Verbrennuiigszone^

nicht an .dor Vlirbslschicht erzeugen.

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Fig. la ist ein senkrechter -Schnitt nach Tjinie Ia-Ia durch eine ir Fließschema der Fig. 1 enthaltene Anlageeinheit.

Fic. lb ist ein Grundriß der Anlagasinheit nach Fig. la.

Ficj. ic ist ein senkrechter Schnitt nach Linie Ic-Ic durch eina andere Anlageeinheit, die in dera .Fließschema nach Fig. enthalten ist.

Fig. 2 ist ein vergrößerter, halbschematischer senkrechter Schnitt durch den Firbelschichtreaktor nach Fig. 1 mit Luftstrahleinrichtungen, die über einer Schichtverbrennungssone wirksam sind, und einer luftdruckbetätigten Einspeisdüse für das Abfallmaterial, die abwärts gegen die Verbrennungssone gerichtet 1st.

Fig. 2a ist eine vergrößerte Teilansicht der Gasverteilungsplatte der Fig. 2.

Fig. 3 ist ein Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2 und zeigt die Anordnung der Luftstrahldüsen.

Fig. 4 zeigt in starker Vergößerung einen Schnitt durch die Einspeisdüsa für Abfallraaterial, die im Inneren eine feste Turbinenschaufelanordnung zur Luftverwirbelung besitzt.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch die Turbinenschaufelanordnung nach Linie 5-5 der Fig. 4.

Fig. 6 ist ein senkrechter Schnitt durch clan Reaktor ähnlich Fig. 2, doch zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform dar Erfindung.

Fig. 6a ist eine vergrößerte Teilansicht der Wirbelschicht zur "rlöutorun? dos U'-'.rr.oaustauschsrs zwischen der Schicht und dar darüberlir.gendan Verbrennungszone.

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!⁷¹Ig. 7 ist ein scheraatischer ilöhenschnitt durch den Reaktor sur Erläuterung der Arbeitsweise bei fehlenden. Luft·- ctrahleinrichtungen nach der Erfindung^.

Fig. 8 ist ein Querschnitt nach Linie 8-8 in Fig. 7.

Fig. __9 ist eine ähnlich schematische Darstellung v7-ie. Fic^r. 7 zur Erläuterung der Vermeidung der nachverbrennung gemäß der Erfindung. . . ■

Fig. 10 ist ein Querschnitt nach Linie 10-10 in Fig. 9.

Fig. 11· ist ein schematischer Querschnitt durch den Reaktor in dar Fbene der Luftstrahldüse zur Erläuterung ihrer möglichen ^v:^rinkelstellungen.

'"Jirbels.chichtreaktor der Abfallverbrennungseinheit 10 der rrfindung empfängt,wie aus dem Fließschema der Fig. 1 ersichtlich ist, ein organisches Abfallmaterial in Form eines lockeren und schwartigen odor flockigen, jedoch sehr feuchten Aggregates. Bei diesem Beispiel der- Erfindung stammt das organische Abfallmaterial aun' städtischem müh und enthält die organischen Abfallbestandteile Vermischt mit dem üblichen nicht brennbaren Altmaterial und Abfall, sowie Steine, Kies und Sand.

h Fig. 1 erfolgt die Abtrennung des brennbaren Materials von •.''.em Müll in einer Trennanlage, die den von einem Müllwagen 11 angefahrenen Müll über ein Förderband 12 aufnimmt, das in elner .Müllgrube oder einem sonstigen Behälter 13 arbeitet. Dieses För·- . derband hebt den null atis der Grube zu einer ersten oder Grob-

trenneinheit 14 an, dio den nicht brennbaren Abfall und Ausschuß von derjenigen Fraktion entfernt, die organischen Stoff noch vermicht nit Kies und Sand und sonstigen nicht brennbaren Teilchen enthMlt. ■ ■ " '-^*-. ■-. -

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BAD

IO -

Diese Mülltrenneinheit ist von der Art, wie sie Rlack Λ Clavrson Co.'s Tiosearch Center Technical Report, Shartle Pandia Division, ."'tiddletown, Ohio zeigt. In dieser faschine erfolgt kurz gesagt die gevrinschte. Zerlegung hydromechanisch, d.h. in einen Becken 15 mit einer TTassermasse, an dessen Pod en ein Sehneidholländer rotiert, der einen Motorantrieb 17 unterhalb des ?-eckcns besitzt. ^TTährend dieses Flecken den Müll von r.an Förderband 12 entsprachen?, den Pfeil 3-1 empfängt, wird Betriebswasser, wie durch Pfeil A-2 angedeutet, zugebracht. Der ren Hüll serschneidende Holländer wirft das abfallhaltige ^r*at2rial auf einen äußeren umgekehrt kegeligen ^r"eil des ^eckenhoöons, der rcit einer Grobabf allöffnung 18 ausgerüstet ist. Durch diese öffnung erreicht eier Grobabfall einen Eimer elevator 19, der an ein Fahrzeug 20 ::ur Beseitigung abgibt.

Die brennbare organische Fraktion geht zusammen rsit dem Grieß durch ainen gelochten falschen "'oclenteil 21 unnittalbar unter dem Holländer in einen ringförmigen ^uffangkasten 22, aus O.ero. eine Pumpe 23 das Material zur Abgabe unter einem geeigneten Arbeitsdruck zu einem 'iyklonabscheider 24 abzieht. Dieser separiert das Grießruaterial im Hnterlauf, u"hr:-!nd die mischung von Nasser und organischem Abfall an ein Vorratsbecken 25 abgscebnn vrird. Der Unterlauf wird periodisch über eine Auffangkammer R mittels Einlaßventil V-I und Auslaßventil V-2 an die Atmosphäre abgegeben.

Eine Pumpe 26 fördert die Tuspension des jetzt entsanüeten organischen Materials zu einer schrägen Entv/ilsserungsschnocke 27, die durch Stutzen 28 abgetrenntes Wasser austrägt. Das durch einen

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horizontalen. Ochnecksrif order er 22 entwässerte 'iaterial. wird auf eine Sntwässerungspresse.geschickt, die ebenfalls in dem erwähnten technischen Report gezeigt und als Rietz V-Presse bekannt ist.

Das so auf sine Feststoffkonzentration zwischen 40 und 50 % reduzierte Äbf allixiaterial kann nun in den üb erstand sr aum des X7ir~ belschichtreaktors IO Mittels Kanal 30 eingespeist werden, der zu einem .Schleusenrad 31 führet,■' das das Material in einen Druckluftkanal 32 abgibt, der- von einem Luftbemessungsgebläse 33 su einer pneumatisch betriebenen Sinspe'isdüse 34 leitet, die nachstehend, anhand von Fig. 4 und 5 näher beschrieben wird. Das Material wird also in den Überstandsraum des Reaktors hinein und durch diesen hindurch auf eine Sielfläche 35 der Wirbelschicht geblasen, wie dies roh angedeutet ist. Die 'Verbrennungsgase ziehen durch den Kamin oder die Abgasleitung 36 ab und. gehen durch einen iJäscher 37 vom Venturi -Typ., um schließlich durch eine Kühlkammer 33 in die Atmosphäre auszutreter-. Verbrauchtes ?7aschwaser wird durch- TPuiape 39 ungewäl st ,während eine Pumpe 40 den Überschuß aus dein Systera

Anhand der Fig. 2 seien nun Aufbau" und Betriebsweise des 'Reaktors dieser Äusfülirungsforni näher .beschrieben: Der Stahlir.antel oder das Gehäuse 41 des Reaktors ist durch die Verteilarplatte 42 in einen ^Tvindkasten 43 darunter und eine Verbrennungskammer darüber geteilt. Der TTindkasten hat gerade zylindrische Gestalt, "•7^:lliren·"' dia Vsrbrsnnurigoicar'inar ainan unteren äIdschnitt 45 von nngakslort steil ,kacsliger Gestalt rait einer -Schicht 46 aufgewirbelten S'andos einen Swif5chenab3chnitt 47 von flacherer kegeliger Ge-

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BADOBtOtNAl,

stalt und einem Zylinderteil 48 enthält, der durch eine konische Decke 49 verschlossen ist, an die der Kamin oder Abgaskanal 36 angeschlossen ist. Eine Schicht aus feuerfestem Material 50 stellt die Auskleidung der Verbrennungskammer dar.

Die hier gezeigte Verteilerplatte besteht aus einer Stahlplatte 51, die von !-Balken 52 getragen und in bekannter Weise mit eingeschraubten Düsen, sogenannten Windformen 52a ausgebildet ist. Sin an den Windkasten 43 angeschlossenes Gebläse 53 drückt Verbrennungsluft durch die Windformen und hält die Schicht im Wirbelzustand. Mach Abschaltung der Aufströmluft verhindern jedoch diese Windformen ein Zurücksickern des Sandes in den Windkasten. Die Windformen ragen von der Platte aufwärts durch eine Bodenschicht 53a aus Isoliermaterial von hoher Isolierfähigkeit, aber geringer Abriebfestigkeit und eine Deckschicht 53b von schwach isolierender Beschaffenheit, aber hoher Abriebfestigkeit.

Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, wird das aus der oben beschriebenen Mül!trennanlage kommende organische Abfallmaterial pneumatisch in den ftberstandsraum oberhalb der Wirbelschicht mittels einer abwärts geneigten Rinblasdüse 45 eingeworfen, die im Reaktormantel montiert und gegen die Wirbelschichtoberfläche gerichtet ist. Diese Einspeisdüse ist so gebaut, daß sie das Abfallmaterial in den Uberstandsraum in einer spiralig gewundenen Abwärtsbewegung aufschleudert, wie dies roh als Aufschlagszone A auf der Wirbelschicht angedeutet ist.

Gemäß der Erfindung wird das Rohmaterial von der Düse mit so hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, daß es zwar die aufsteigenden Verbrennungsgase durchdringt, aber in eine roh angedeutete Zone

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Ζ·~1-vorstößt. Dies ist eine Zone hoher Turbulenz, die durch Anordnung eines Satzes von Hilfsluftdüsen 56 erzeugt wird, welche im kegeligen "wisclienabschnitt 47 des Mantels montiert sind.

Diese Luftstrahldüsen liegen in einer horizontalen Tlbene benachbart zu der Siedeoberfläche der Wirbelschicht, wie dies durch den Abstand d angedeutet ist, der unter praktischen Bedingungen in der Größenordnung von etwa 30 cm (12 ZoIlJ liegen'kann. Als Beispiel zeigt Fig, 3 für eine Schicht von etwa 6 m (20 Fuß) Durchmesser an der Oberseite 24 solche Luftdüsen winklig derart angeordnet, daß die Düsenachsen Tangenten eines Kreises von Radius r-1 darstellen, der etwa die Hälfte des Schichtradius R beträgt.

Fig. 11 zeigt schematisch praktische Grenzen für die Winkelstellung der Luftstrahlen, nämlich mit einer Rtrahlachse X-I tangential zu einem kleineren Kreis vom Radius P und einer Strahlachse X-2 tangential zu einem größeren vom Radius g.

!line ringförmige Druck luftvertei lungs leitung 57 umgibt den Reaktor und hat einzelne Zweiganschlüsse 57a zu den jeweiligen Luftstrahldüsen. Jede Verbindungsleitung ist wiederum mit einem Regelventil 58 versehen. Die Druckluftzufuhr für die Ringleitung kann durch die Abzweigleitung 58a mit Regelventil 58b vom Gebläse 53 erfolgen, das auch die Nirbelschichtverbrennungsluft für den T'Jindkasten durch ein Regelventil 59 sowie; Arbeitsluft für die Jüinspeisdüse 55 und zwar durch eine Abzweigleitung 60 mit Regelventil 61 liefert. Es ist jedoch zu betonen, daß auch einzeln geregelte Druckluftquellen benutzt werden können, wie Einzelgebläse, die an den Windkasten 43, ■ die Luftstrahldüse 56 und die Fdnspeisdüse 55 angeschlossen sind. Eine Hilfsbrennstoffzu-

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fuhr 62 dient zur Einsprühung von Brennstoff unmittelbar in die Wirbelschicht, wenn es einmal notwendig ist, die Schichttemperatur ausreichend anzuheben, um den Verbrennungsprozeß zu unterhalten, beispielsweise im Falle eines ungewöhnlichen Feuchtigkeitsanstieges im Rohmaterial. Eine zur vjahl stehende Lagerung der Einspeisdüse im Dach des Reaktors ist gestrichelt als F-I in Fig. 2 angedeutet.

Im einzelnen ist gemäß Fig. 4 und 5 die Einspeisdüse 55 zur pneumatischen Einblasung und Dispergierung des Äbfallmaterials eingerichtet. Sie besitzt eine zusammengesetzte lineare Einspeisleitung der Läno-e L-I bestehend aus einem rohrförmigen Einlaßabschnitt der Länge L-2 und einem Ausstoßrohr der Länge L-3 koaxial mit dem Einlaßabschnitt. Ein Satz fester Turbinenschaufeln 63 hält die beiden einander benachbarten Enden der Abschnitte L-2 und L-3 in starrem Abstand und verbindet sei. Der Axialabstand ist durch die Höhe h der Turbinensqhaufeln bestimmt. Ein Rohrmantel 64 umgibt nicht nur den Einlaufabschnitt L-2, sondern auch die Turbinenschaufeln, und zusammen BiIt den ringförmigen Stirnplatten 65 und 66 wird eine ringförmige Druckluftkammer C begrenzt. Ein seitlich gerichteter Flansch 67 des »!antels stellt die Verbindung mit der Druckluftzufuhrleitung 60 her, während der Düseneinlaßabschnitt L-2 einen Flanschanschluß 27a für die Abfallzufuhrleitung 32 aufweist.

Primärdruckluft vom Sumeßgebläse 33 fördert kontinuierlich das Abfallmaterial durch die Einspeisdüse in den Überstandsraum des Reaktors, während ein besonderer in der Mantelkammer C aufrechterhaltener Luftdruck durch die Turbinenschaufeln eine Wirbelbe-

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wegung gegenüber dem Abfallmateria.1 erhält, die er durch den sich schwach erweiternden oder schwach konischen Ausstoßabschnitt, L-3 der Einspeisdüse überträgt. Der auf die Mantelkammer C der Einspeisdüse übertragene Luftdruck "ist hoch genug, um eine Zinwcrtsfließgeschwindigkeit der Luft hinter den Turbinenschaufeln einzustellen, wie durch die Pfeile A-3 angedeutet ist. Für das hier in Verbindung mit einem Reaktor von etwa 6 m Schichtdurchraesser erläuterte, Beispiel liegt diese Fließgeschwindigkeit in der Größenordnung von"etwa 9000 m/Min. (30.000 Fuß/Min.). Die resultierende Austrittsgeschwindigkeit des Materials aus der Düse liegt in der Größenordnung von etwa IQOQ m/Min. (6000 Fuß/Min.).

Im Ergebnis ist das Moment des Abfallmaterials derart, daß es den ^;Jberstandsramn der Verbrennungskammer durchsetzt, während es infolge der wirbelnden Bewegung zu einem .sich spiralig erweiternden Weg zur ,Schicht hin dispergiert wird. Kach Erreichung der Verbrennungszone 3-1 wird das Material durch die Luftdüsen 56" in horizontaler Richtung weiter dispergiert und mit der Gesamtmenge Verbrennungsluft einschließlich der- Aufströmluft, der Luft aus den Strahldüsen oder aus den Luftdüsen 56 im oberen Teil der Schicht und mit der Luft, die zum Betrieb der Einspeisdüse 52 dient, vermischt. :

Das so eingeführte AlDfaltmaterial durchdringt die Sorie Z-I der Turbulenz und horizontalen Vermischung und wird so innerhalb dieser Zone im wesentlichen verbrannt. - - ■

Gemäß der Aus führungsform nach Fig. 2 arbeitet der Reaktor wie folgt: Um den Reaktor von Umgebungstemperatur auf Verbrennungsteraperaturen zu bringen, wird ein Vorheizbrenner 68 eingeschal-

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tet, bis der Reaktpr und die Schicht normale Betriebstemperatur erreicht haben, worauf der Vorheizbrenner abgeschaltet wird. Wenn der Reaktor sich auf normaler Arbeitstemperatur befindet, wird der Verbrennungsvorgang in folgender Weise eingeleitet:

Zunächst wird Aufströmluft in den Windkasten 43 eingelassen, während ein anderer Teil der Verbrennungsluft jeder der Luftdüsen zugeführt wird. Sobald die Schicht sich im Wirbelschichtzustand befindet, wird Hilfsbrennstoff aus dem Zufuhrsystem 62 in die Schicht mit ausreichender Menge eingespritzt, um die Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten, bis die Materialzufuhr durch die Einspeisdüse 55 die Schicht erreicht hat. Darauf kann die Brennölzufuhr zur Schicht abgeschaltet werden, wenn das Rohmaterial ausreichenden Heizwert für autogene Verbrennung hat. Sonst kann eine kleine Menge Brennöl benutzt werden, wenn die Verbrennung wegen hohen Feuchtigkeitsgehaltes und/oder niedrigen Heizwertes nicht autogen ist.

Das durch die Einspeisdüse 55 gegen die Verbrennungszone geschleuderte Abfallmaterial enthält schwerere Teilchen, die in die Schicht eindringen, Teilchen von mittlerem Gewicht, die nahe oder an der Schichtoberfläche brennen, sowie Teilchen der leichtesten Fraktion, die in einem entsprechenden Abstand von der Schicht brennen. Wenn die Verbrennung in dieser Weise verläuft, nehmen die Luftstrahlen das Aussehen von Flammen an, was eine augenblickliche Verbrennung des Abfallmaterials dicht an der Schicht artzeigt. Außerdem erreicht man eine rasche Wärmeübertragung von dieser Verbrennungszone zu der Schicht, was zum Teil auf der Wärmestrahlung von dieser Zone und von den Flammen und zum Teil auf

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der Wärmeüberführung durch Konvektion zu den Sandteilchen beruht, die kontinuierlich aus der Schicht nach oben in die Verbrennungszone ausgestoßen werden und in die Wirbelschicht zurückfallen (siehe Fig. 6a).

Auf diese Weise wird eine Mindesttemperaturdifferenz zwischen der Schicht und der angrenzenden Verbrennungszone Ζ-Ί aufrechterhalten, die ein Kennzeichen für den Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses ist, wodurch öine Nachverbrennung vermieden wird. Es ist also zn betonen, daß die wirkungsvolle und wirtschaftliche Verbrennung des Abfallmaterials ohne Nachverbrennung durch den vereinigten Effekt des Betriebes der Luftstrahldüsen 56, der Einspeisdüse 55 und der Wirbelschicht erzielt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 6 bis 10 sind zwar die oben beschriebenen "Luftstrahlen zur Aufrechterhaltung der Verbrennungszone in Turbulenz und horizontaler Vermischung gemäß der Erfindung vorgesehen, die Ausführungsform unterscheidet sich aber vom Betrieb des Reaktors der Fig, 1 insofern, als sie die Einführung des Abfallmaterials unmittelbar in die Wirbe!'schicht, d.h. auf einer Höhe im wesentlichen Abstand unter dieser Verbrennungszone umfaßt. Ein Beispiel dieser Betriebsweise ist die Beseitigung von entwässertem Kommunalabwasserschlamm durch Verbrennung, wie sie beispielsweise in einer Abwasserbehandlungsanlage gemäß der USA-Patentschrift 3 351 030 erzielbar ist.

Demgemäß ist in Fig. 6 der Reaktor demjenigen der Fig. 1 hinsichtlich Anordnung und Betriebsweise der Luftstrahldüsen 56 und ihrer Zufuhranschlüsse 57a, 57, 58, 58a und 58b mit dem Gebläse

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ORiGlNAtINSPiOTEf)

53 ähnlich. In diesem Beispiel wird Abwasser sch lamm, der mit einem Wassergehalt von etwa 65 bis 8o % zuläuft» an eine geeignete Einspeiseinrichtung, wie eine Förderschnecke 67, abgegeben, die so gebaut ist, daß der Schlamm in die Schicht gegen den innerhalb de3 Reaktors herrschenden Druck eingeführt wird. Um die Schicht herum können mehrere Einführungsstellen in gleichmäßiger Verteilung, beispielsweise in der Art vorgesehen sein, wie dies die USA-Patentschrift 3 399 637 zeigt. Vorgesehen sind auch die vorstehend erwähnten Zufuhreinrichtungen 62 für die Eindüsung von Ergänzungsbrennstoff in die Wirbelschicht,

Wenn solcher Abwasserschlamm in einem Wirbelschichtreaktor verbrennt, tritt normalerweise Nachverbrennung auf, falls unverbranntes Schlammaterial oder sich daraus entwickelnde unverbrannte Gase aus den oberen Lagen der Schicht aufsteigen. Derartiger Schlamm erfordert ausserdem die kontinuierliche Einspritzung von Zusatzbrennstoff in die Schicht, um die Verbrennung zu unterhalten. Bei Steigerung der Tiefe der Schicht mag Nachverbrennung zurückgehen, jedoch auf Kosten höherer Energie fUr den Druck der Aufströmluft. Bei Anwendung der Erfindung läßt sich aber eine solche Steigerung der Schichttiefe vermeiden. Außerdem wird die Menge an Zusatzbrennstoff wegen der hohen Verbrennungsleistung reduziert, die durch die Erfindung erzielbar ist.

Die Arbeitswelse zur Vermeidung einer Nachverbrennung bei dieser Ausführungsform ist durch die Gegenüberstellung in den schematischen Pig, 7 bis 10 erläutert. Bei einem üblichen Betrieb (siehe Fig, 7 und 8) ist zu betonen, daß ohne Unterstützung durch die Hilfsluftstrahldüsen die Verbrennungsgase einem senkrechtem Auf-

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stieg zum Kamin folgen. Daher tritt Nachverbrennung in der hohen Zone F-I des Oberstandsraumes über der Schicht auf, während Bezirke S (siehe Fig. 8) und, Überschußluft oder unvermischte Luft die relativ isolierten Bezirke A-I, A-2 und A-3 des Abfallmaterials und die Zusatzbrennstoffzufuhr an der Schichtoberfläche umgeben.

Im Gegensatz hierzu zeigen die Fig. 9 und 10 mit Verwendung von Strahldüsen 70 horizontale Vermischung- und rotierende Turbulenz in der unteren Zone H, die dann zur Hauptverbrennungszone nahe den oberen Lagen oder dem Spiegel der Wirbelschicht wird. Die obere Überstandszone F-2 enthält den Nachwirbel der Verbrennungsgase , wodurch eine etwaige restliche Verbrennung rechtzeitig vervollständigt wird, bevor die Verbrennungsgase den Kamin erreichen. .

Bei dieser Betriebsweise werden die Tiefe der Wirbelschicht und damit die Kosten zur Aufrechterhaltung des Wirbelschichtzustandes auf einem Minimum gehalten, das mit dem Wärmespeicherbedarf des Betriebes verträglich ist, d.h. die Wärmespeicherfähigkeit der Schicht ist ausreichend, um ein rasches Wiederanlassen nach Abschaltperioden des Reaktors zu gestatten. Gleichzeitig ist die erforderliche Menge an Zusatzbrennstoff auf ein Mindestmaß- herabgesetzt. „ - .

Die Winkelstellung der horizontalen Luftstrahldüsen zu den zugehörigen Schichtradien kann entsprechend dem Schichtdurchmesser bestimmt werden. Während Fig. 3 diese Luftdüsen in solcher Anordnung zeigt, daß sie der aufwärts fließenden brennbaren Mischung einen kreisförmigen horizontalen Wirbel erteilen, zeigt Fig. 11

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XU

den Winkel α und daTiiit einen l'ereich f.vx die Winkellage der Düse, innerhalb dessen die maximalen Vorteile der Verbrennung in Luft oberhalb der Schicht erzielbar sind. Der Winkel g ist hier versuchsweise durch eine Lage p-1 der Strahldüse mit einer Strahl™ achsentanc;ente zum kleineren Xreis vor. Radius ρ und durch eine Lage p-2 der ^Qtrahlachsentangente zu einem größeren Kreis von Radius α definiert.

Fig. Ga erläutert die Art und Weise des erfolgten Wärmeaustausches zv7isehen der Verbrennungszone S-I und der Wirbelschicht B infolge von Sandteilchen ß, die in die Verbrennungszone oder die Flammen geworfen werden und nach dieser Erhitzung in die Wirbelschicht zurückfallen. Dieser Konvektionsw&rmeaustausch zusammen mit der Strahlungswärme aus der Verbrennung s,z one 3-1 und aus den Flammen gegen die darunterliegende Schicht ergeben die Bedingung für optimale Verbrennung.

Die Erfindung verbessert weitgehend den Wirkungsgrad und diö Wirtschaftlichkeit des Verbrennungsprozesses in einer Wirbelschicht durch Anordnung von Luftstrahldttsen in einer horizontalen Ebene in kurzem Abstand über dem Spiegel der Wirbelschicht. Die Anordnung und der Betrieb dieser Strahlen erfolgt in solcher . Weise, daß den nach oben fließenden Gasen ein kreisförmiger Wirbel in einer sich horizontal erstreckenden Verbrennungszone dicht an der Schicht erteilt v/ird. Bei genügend hoher Strahlgeschwindigkc.it v/ird so eine horizontal gerichtete starke Geschwindigkeitskomponente brennbarem Geninch erteilt, statt daß die Gase einem senkrecht aufsteigenden Wege aus der Schicht folgen können mit dem Ergebnis, daß eine unerwünschte r.achverbrennung in

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21 . . ■

der oberen Zone des überstandsraumes eintritt. Je nach Swack und Bedingungen sowie der Art des eingespeisten, irr. Reaktor zu verbrennenden ⁷!aterials kann das Material entweder in den Überstandsraum ολ-er^alb der Schicht oder auch unmittelbar in den unteren Teil der Schicht eingeführt werden, während die Luftstrahlen nach der Erfindung die Verbrennungszone über der Schicht und den horizontalen Firhol ergeben. '

Die Einführung in den ifberstandsraum kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, z.B. durch nicht mechanische Dispergierung bei freiem Schwerkraftfall öder durch pneumatische Dispergierung über die SchiohtoberflHche, wie hier dargestellt, oder aber auch durch mechanische Dispergierung über die Schichtoberfläche. Im Falle der Verbrennung von städtischem Abwasserschlamm kann es zweckmäßig sein, da ^ das zugaführteMaterial in beträchtlichem Abstand unter dem Spiegel der Schicht an einer Stelle oder mehreren Stellen für. die Schiammzufuhr erfolgt.

Nenn diese Luftstrahlen und damit die Verbrennungszone und der Wirbel über der Schicht nicht vorgesehen sind, schreitet die Verbrennung ungleichmäßig quer über die Schichtfläche, nämlich in Teilabschnitten fort, die Mangel an verfügbarer Verbrennungsluft haben, während andere Teilender Fläche Überschußluft nicht in Nachbarschaft mit dem Brennstoff oder verbrennbarem Material aufweisen. Die sich daraus ergebende'schlechte Verbrennungsleistung beruht auf der Tatsache, daß .

a) Luft und Verbrennungsgase dazu neigen, einem senkrechten Aufstieg bei minimaler seitwärts gerichteter Bewegung zu folgen,

ι ■ -

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b) teilvjeise "orbrannte Brennntoffdämpfe ihre Vorhrennung curch Unnotauir mit ^i:berschußluft in dan oberen Γϊοηεη ci-jjs über ü tan <?.£>·■ raures Λο.«=: "leahtors vervollständigen nüssen unr.

c) im Fall?, von unmittelbarer Schlammaufu'ir in die Pchicht selbst <h>r VezirJ- nahe eier ncb.lar.mzusOaisstelle große tiengen ■Tasnor.-larapf enthalt, van den Sauerstoff in der Luft daran hinc'nrt, v.iit dnn verflüchtigten Schlaifjnhrannstoffdämpfen zu ro;..-, was auch zu einer Nachverbrennung beitr?igt.

"enn nan alicr lie Luftstrahlen vorsieht, die 1?" Abstand von etv7a 30 cm (1 FuR) oberhalb eier ilchicht vorgesehen sind, führen die Strahlen zu einer innigen Vermischung mit der anderen Luft,rdt Verbrannup.oscjacen und brennbaren Substanzen und Därwfen einschließlich solchen aus etwa benutztem Hilfsbrennstoff, der in die .Schicht eingespritzt worden kann. Alle diese Stoffe finden sich in einer turbulenten Verbrennungszone dicht an der Schicht.

Im Falle einer zusatzlichen iltrahlluftzufuhr über der Schichtzone erhält die senkrechte Fließrichtung der Verbrennungsgase und unverbrannten Dämpfe eine vorherrschend horizontale Komponente durch die hohe Geschwindigkeit der Strahlen. Die den Gasen so durch die Strahlen erteilte Wirbelbewegung führt zu einer intensiven Vermischung des teilweise verbrannten Brennstoffes oder der Schlammdämpfe mit der sauerstoffreicheren Luft. Die Verbrennung ist also dicht oberhalb und nahe dem Spiegel der Schicht nahezu vollendet, während eine restliche Verbrennung in einer Zone kontinuierlicher Verwirbelung auf einem Abstand von et\*a 1 m (wenige Fuß) oberhalb der Schicht vervollständigt wird. Wasserdampf aus dem Material wird in dem Wirbel dispergiert und erlaubt damit einen unbehinderten Fortschritt der Verbrennung.

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J BAD ORKlINAL

Gleichseitig wird'die vJärmeübartragung von -dieser Verbrennungs-•^one räckw~rts zu der Schicht stark verbessert, was bedeutet, daß die Termperaturdifferenz zwischen Schicht und überstandsraum verhindert wird. Die ^T-^TärHie wird also durch Konvektion infolge dos von der t*^Tirbelschichtoberflache aufspritzenden und in den ^riirbsl der"turbulenten Bewegung in'der Verbrennungsζone über der Schicht aufspritzenden Sandes übertragen..Damit werden die Teilchen durch direkten Kontakt mit den Verbrennungsprodukten erhitzt, und wenn diese Teilchen in die Schicht zurückfallen, übertragen sie wiederum die Wärme auf die Schicht. "Außerdem wird Wärme durch Strahlung von der Verbrennungszone nach unten auf die Schichtoberfl^che mit weit stärkerer Tvirkung als bei üblicher Verbrennung "bertragen, weil Abfallmaterial oder Schlamm dicht em der Schichtoberfläche verbrennt und. Tvärmeübertragung durch Strahlung umgekehrt proportional im Quadrat des Abstandes ist.

^!iur .^ufrechterhaltung eines wirksamen Horizontalwirbels in der Varbrennungszone über der Schicht soll die Geschwindigkeit des Luftstrahles an der Spitze der Luftdüse hoch genug sein, um in die er*T'.knte Verbrennungszone einzudringen. S-* ei Schichten großen Durchmessers muß zur Sicherstellung einer adäquaten Einbringung in horizontaler Richtung diese Luftstrahlgeschwindigkeit sehr hoch gegenüber den eigentlichen Aufwärtsfluß oder der sogenannten 1aU"igeschtriiidigkeit äer Verbrennungsgas© sein und kann dementsprechend bei kleineren Schichten niedriger .sein. Bei einem f'chicht'~.urch^.Gsser von etwa 6 m (20 Fuß) in einem Reaktor nach Fig. 1 und 2 i^it 24 Luftstraiildüsen liegt beispielsweise die Luftstra ilacnchwincigkeit in der Größenordnung von Π000 m/IJin. (3:1.^Γ·Οό ^:-T¹XiI/**in*) bei Gine"ir Tiufv'^rtRfließrate (Raunigeschwindicj·-·

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22β6§38

keit) der Verbrennungsgase in der Größenordnung von nur 3G bis 72 m/Min. (120 bis 240 Fuß/Min.). Die Anordnung von Strahldüsen über der Schicht ermöglicht eine Verminderung der Schichttiefe, für die häufig 1,5 m (5 Fuß) oder sorgar mehr erforderlich sind, damit die Machverbrennung gedämpft werden und die Temperatur des Überstandsraumes herabgesetzt werden kann. Eine Verminderung um 30 cm oder mehr in der TJirbelschichttiefe wird jedoch auf diese TTeise ohne Nachverbrennung und mit einer entsprechenden Ersparnis an Energieverbrauch für das Aufströmgebläse möglich gemacht. Bei Aiiordnung der Luftstrahlen gemäß der Erfindung sind weiterhin Ersparnisse in der Menge an für die Verbrennung sehr feuchten Abfalles erforderlichem Hilfsbrennstoff erzielbar.

Obgleich die Erfindung in Verbindung mit der Verbrennung von Müll bzw. Abwasserschlamm erläutert wurde, ergibt sich die vorteilhafte Verwendung der Frischluftzufuhr über der Schicht auch für die Beseitigung von anderen festen,flüssigen oder gasförmigen Abfällen durch Verbrennung. Beispielsweise können solche Abfälle **>— Müllabfall, Schlämme oder Emulsionen aus Maschinenwerkstätten und Ölraffinerien sowie Abgase von chemischen Fabriken und Raffinerien sein.

Soweit Hilfsbrennstoff für die Verbrennung von sehr feuchtem Abfall benötigt wird, kann irgendein Brerinöl einschließlich "Bunker C"-Öl sowie gasförmiger Brennstoff, wie Maturgas, Propan, Koksofengas oder sauresRaffinerieabgas, benutzt werden. Raffinerieschlämme können solche sein, die Natriumsulfat, verbrauchten Katalysator und feste Kohlenwasserstoffe, sowie Natrium- und Chlorverbindungen enthalten.

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Die·Hilfsluftstrahldüsen verbesern nicht nur den Verbrennungsprozess in der oben dargelegten Weise, sondern dienen auch in hohem Grade zu einer Betriebselastizität in dem Sinne, daß die Menge an Ergänzungsverbrennüngsluft_ aus den Strahlen im Verhältnis zu den Verbrennungsluftmengen regelbar ist, die für den AufStrömungsbedarf erforderlich sind. Die Menge an Aufströmluft hängt jedoch von der An lage abmessung, wie Tiefe und Durchmesser der Schicht, ab, die wiederum der Gestaltung und Anordnung der 'Luftverteilungsplatte im Verhältnis zu dem Durchflußbereich darin koordiniert sind. Wenn beispielsweise eine Schicht von wesentlich kleinerem Durchmesser als der Durchmesser des Überstandsraumes des Reaktors verlangt wird, kann die Menge benötigter Aufströmluft geringer sein als für die Verbrennung des in die Schicht eingespeisten Abfallmaterials stöchiometrisch erforderlich ist. Zwar ist so bestenfalls nur unvollständige Verbrennung in der Schicht selbst erzielbar, der Mangel läßt sich aber durch Einstellung der Luftzufuhr aus den Strahldüsen ausgleichen. Die Schicht soll also nicht überdimensioniert sein. Auch wird so die Kühlung der Schicht durch aufströmende Verbrennungsluft herabgesetzt. , ■

Anders ausgedrückt wird bei Luftstrahldüsen über der Schicht,die für Kontrollzwecke zugänglich sind, weniger Luft durch die Verteilungsplatte fließen müssen _r was kleinere Durchmesser für die ' Luftverteilungsplatte möglich macht. Der Reaktor kann also' mit einer Luftverteilungsplatte von wesentlich kleinerem Durchmesser ausgelegt werden, als der Durchmesser des.überStandsraumes, wobei sich die Schicht nach oben auf den Durchmesser des Überstands-

raumes erweitert. Dann ist weniger Aufströnungsluft erforderlich und auch weniger Auf Wirbelungsenergie aus dem Luf tgeblfise, während ein etwaiger Mangel an Verbrennungsluft durch eine entsprechende Erhöhung in der Zufuhr aus den Strahldüsen kompensiert wird. Trotzdem bleibt die Gesamtvarbrennungsleistung hoch, da Nachverbrennung durch die horizontale Verwirbelungs- und Kischwirkung der Strahlen ausgeschaltet ist.

Anordnung und Betriebsweise der Luftstrahldüsen nach Fig. 3 und 7 bis 10 hängt von solchen Faktoren ab, wie

a) Durchmesser und Tiefe der Schicht,

b) Anzahl der über der Schicht vorgesehenen Strahldüsen,

c) Anzahl der Schlammeinspeisanschlüsse, die in die Schicht führen,

d) Anzahl der Anschlüsse zur Zufuhr von Ergänzungsbrennstoff in die Schicht.

Die über der Schicht zugeftihrte Strahlluft kann entweder umgebungstemperatur haben oder mittels einer Hilfsvorheizanlage erhitzt v/erden, wobei man die Wärme der Rauchgase aus dem Reaktor ausnutzt. Die Wahl einer dieser Alternativen hängt von den Heizwert und dem Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffes oder Abfallraaterials ab, das der Verbrennung unterzogen \*erden soll. Eine Gesamtwärmebilanz des Betriebes des Wirbelschichtreaktors wird die erforderliche Lufttemperatur über der Schicht anzeigen.

Es ist jedoch bemerkenswert, daß die Benutzung der Luftstrahlen gemäß der Erfindung den Luftvorerhitzer gegen eine zunehmend hohe Rauchgastemperatur schützt.

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Zusammenfassend sind die erreichbaren Wirkungen durch Anordnung, und Betrieb der Hilfsluftstrahldüsen gemäß der Erfindung folgende:

1. Intensive Durcharbeitung und horizontale Vermischung in einer Verbrennungszone gerade oberhalb der Wirbelschicht. ' ' ·

2. Bei Einspeisung des Äbfallmaterials über der .Schicht wird Verbrennungsluft durch Strahldüsen und durch die Aufströmluft den Teilchen in der Zulaufaufschlagzone zugeführt, wo die Verbrennung auch voneinander getrennte Teilchen des Rohmaterials sowie die Gasephase umfaßt, die sich aus verflüchtigtem Brennstoff bildet, der in oder nahe der Schicht verbrennt.

3. Gleichmäßige Wärmeverteilung von der Zulaufauftreffzone über die Oberfläche der Schicht. " - ., .

4. Die Verbrennung ist stark eingeschränkt auf eine niedrige

^ 2one der Schichtoberfläche, statt in einer höheren in der Überstandszone und dem Abgaskanal.

5. T'Järmeiiberführung von der Verbrennungzone auf die Schicht ist durch Konvektion (aufspritzenden Sand) und durch Strahlung stark intensiviert.

6. Kühlung der Schicht durch Wirbelschichtverbrennungsluft ist stark vermindert, da weniger Luft durch die Schicht geht und Gleichgewicht oder Überschuß der Luft durch die Strahlen vor*- gesehen ist. .

7. Das Erfordernis,mehrere Einspeispunkte vorzusehen, ist durch pneumatische Einspeisung durch den Überstandsraum ausgeschaltet, während man eine gleichmäßig Verteilung'der Einspeisung und Verbrennung über die ganze Schicht erzielt.

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S. Materialien von niedrigem Schüttgewicht können von oben einrespeist werden und wirksam dicht an der Schichtober fläche verbrannt werden.■

9. Infolge der geglichen Reduzierung der erforderlichen ?^Tirbelschichttiefe sind Ersparnisse Lr. Energiebedarf das Luftgebläses erreichbar.

10. Infolge der hohen Verbrennungsleistung im. Reaktor bei gleichzeitiger Ausschaltung der Nachverbrennung sind Ersparnisse an Hilfsbrennstoff erzielbar.

11. Der Bedarf an Überschußluft ist stark vermindert, was zu der hohen Verbrennungsleistung, insbesondere bei Verbrennung von sehr feuchten Abfallmaterial zugleich mit der Ausschaltung der Nachverbrennung beitragt.

Die Erfindung wird noch genauer anhand eines Beispieles für die erfolgreichen Arb-eitsergebnisse an einer geprüften Reaktoranlage der in der Zeichnung dargestellten Art erläutert. Diese Reaktoranlage war pit einem etwa 6m (20 Fuß) im Durchmesser betragenden Bett einer Wirbelschichttiefe von etwa 1,Bm (etwa 5 Fuß) und 24 Luftstrahldüsen an dessen Umfang versehen. Festes Äbfallmaterial eines Feuchtigkeitsgehaltes von 55 bis 60 ?; -lasser wurde dem Reaktor in einer P.ate von etvra 33 bis 41 kg (85 bis 90 Pfund) in der Hinute sugespsist. Das Material wurde gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung unter autogenen Bedingungen bei den folgenden Qetriebsparametern über einen durchschnittlichen Tagesbetrieb vor;. 8 Stunden erfolgreich verbrannt.

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JtS

Πηο-cibungsluftJ· 24° G (75° F)

Reaktoreintrittsluft

(einschließlich Tioripressions^arrae) : ·50° C (140" F) TTirbalschichttamperaturs 790° C (1450° F) Raahtorabgasterriperatur: 895° C .(1640° F)

Drücke

"■7indkastendruck: 0,19 kg/aa" (2,7 psi). ' '

Luftverteilleitung über dar Schicht: 0,30 kg/cm" (4,3 psi) ■ Schichttiefa: Annähernd 140 cm (annähernd 55 Soll)

Druck Im Überstandsraum: 355 mm (14 Zoll) Wasser =- 0,03 5 kg/cm

- (0,5 psi)

ο ■

. Pneuinatischar Förderer: 0,18 kg/cm"" (2,5 psi)

Luf traten und Luf tgeschv;indig];eit. über der Schicht Gasamtluftfluß: 13.900 SCFi!
Luft über dar Schicht; 2100 SCFM
Einspeisdüsenluft: 500 SCF7.-I ■ .

Aufsfcröraluft: 11.300 SCFM · .

Luft- und Gasgeschwindigkeit '

überstandsraumgas

Obarflächengeschwindigkeit.: 57 cra/Sek. (2,2 Fuß/Sek.)

Durchschnittsgeschwindigkeit .

Gesamt " ■ . .

Luft aus Düse über Schicht: 5130 n/"::.in. -(17.000 FuS/?!in.) ' ■

Brennstoffraten

Hilfsbrennstoffrate; 0
C-O, 2-ül)

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ÖAD ORIGINAt.

Obgleich nur eine Ausfilhruncsforni und ein üetriebsbeispie.l für die Trfinching erläutert und im einzelnen beschrieben v/urden, ist ausdrücklich zu betonen, daß die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, sondern verschiedene Äbv/andlungen im Rahmen der Erfindung aufgrund der Kenntnisse des Fachmannes vorgenommen v/erden können.

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Claims

P at en t an so r ü c h e

II. Hirbelschichtreaktor rait: einem, auf rech ten Gehäuse/ waagerechter ^T/artailuiic-splatte, Sie das Gehäuse in einen darunter liegenden ^:7inrlkasten und eine darüber liegende Verbrennungskammer unterteilt und eine Randschicht trägt, während ein P.auchgasanschluß zur Abführung der Verbrennungsgase an den Eeaktor angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine regelbare Zufuhr für Verbrennungsluft unter Druck zu dein Windkasten zur Aufrechternaltung des Landes im vTirbelschichtzustand, mehrere in der Peaktorwand montierte Luftstrahldüsen mit regelbarer Druckluftzufuhr, die eine Verbrennungszone von hoher Turbulenz innerhalb des Reaktors, aufrselrterhalten und E-inspeiseinrichtungen für Hbf'allnaterial in die Verbrennungsξone. . .
2.■Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Längsachsen der Luftstrahldüsen derart gemeinschaftlich schräg gestellt sind, daß ihre Achsen tägential su einer zentrischen Kreisfläche um die senkrechte Reaktorachse verlaufen. .
3. Reaktor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen dor Luftstrahldüsen derart gemeinschaftlich schräg gestellt sind> daß sie mit den jeweils zugehörigen Reaktorradien einen."inkel von weniger als 60 bilden. ^v
4. reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _r daß die Längsachsen eier Luftstrahldüsen derart gemeinschaftlich schräg gestellt sind, daß sie mit den jeweils zugehörigen Reaktorradien einen ^T'"inkel von etwa 30 bilden.

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SADORIOtNAt

■;. (■■■, -η;
5. Reaktor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Luftstrahldüsen derart gemeinschaftlich schräg gestellt sind, daß sie tangential zu einem mit der senkrechten Reaktorachse im wesentlichen konzentrischen Kreisfläche verlaufen, die etwa den halben Durchmesser des Innendurchmessers des Reaktors in dieser Ebene hat,
6. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseinrichtung in der Reaktorwand im wesentlichen Abstand oberhalb

montiert '■ ■ ■■ ' '■'"■'' ■■■■ ■''■' 'tr,y;^: \ ■ der Schicht/und abwärts gegen eine Auftrefffläche der Schicht

schräg gestellt ist.
7. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseinrichtungen in der Reaktordecke montiert sind.
8. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseinrichtungen eine mit Druckluft betriebene Einspeisdüse aufweisen, die im Reaktorgehäuse derart montiert ist, daß sie abwärts gegen die Schicht gereichtet ist#
9. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseinrichtungen eine am Reüktorgehäuse montierte Injektordüse aufweisen, die abwärts gegen die Schicht gerichtet ist und derart mit Luftdruck betrieben 1st, daß das Einspeismaterial einen Spiraldrall erhält.
10. Reaktor nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse ein Außenrohr, eine lineare Materialeinspeisleitung mit einem rohr-.förmigen Einlaßabschnitt und einem rohrförmigen Ausetoßabschnitt und einem Satz Turbinenschaufeln, die eine starre Verbindung zwischen Einlaß- und Auslaßabschnitt In axialem AbstandsverhS.lt-

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nis miteinander und koaxial mit den Rohrabschnitten herstellen, . einen den Einlaßabschnitt sowie den Turbinenschaufelsatz umgebenden Mantel, der den Einlaßrohrabschnitt sowie die festliegenden Turbinenschaufeln umschließt, eine an den Einlaßabschnitt der Düse zur Materialförderung durch die Düse angeschlossene erste Drucklufteinrichtung und eine an die Druckluftringkammer angeschlossene zweite Druckluftzuführung aufweisen, von der die .-. Luft dem ortsfesten Turbinenschaufelsatz zuströmt und dem von dem Ausstoßabschnitt ausgetragenen Material eine Spiralbewegung erteilt, .
11. Reaktoi nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, da,ß der Ausstoßabschnitt so gestaltet ist, daß er das eingespeiste Material als Kegel versprüht und dispergiert,
12. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßabschnitt die Gestalt eines sich erweiternden Kegels hat und ein Einspeiskanal mit einem Luftzumeßgebläse an den Einlaßabschnitt der Düse und eine Zündeinrichtung für Einspeismaterial an einer Stelle zwischen dem Gebläse und dem Einlaß der Injektordüse angeschlossen sind.
13. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstrahldüsen im wesentlichen in einer Ebene nahe dem Wirbelschichtspiegel angeordnet und zur Aufrechterhaltung einer Verbrennungszone hoher Turbulenz nahe dem Wirbelschichtspiegel in diesen eindringend konstruiert sind.
14. Verfahren zur Verbrennung von organischem Abfallmaterial, insbesondere von Stadtabwasserschlamm in einem Wirbelschichtreaktor,

3 0 8*2 2/0-3 B-S-

der eine Schicht inerter Wärmespeicherteilchen auf einer Gasver-y teilungsplatte enthält und eine Zufuhr von Verbrennungsluft unter der Einschnürungsplatte zur Aufrechterhaltung der Schicht im
TJirbelschichtzustand erhält, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Strahlen von Hrgänzungsverbrennungsluft horizontal |n eine
Verbrennungszone unmittelbar angrenzend oberhalb des Wirbelschichtspiegels mit einem genügend hohen Strahldruck richtet, daß in der Zone ein Zustand drehender Turbulenz und horizontaler Vermischung um die senkrechte Reaktorachse eingestellt wird, und daß das organische Abfallmaterial unmittelbar in die Wirbelschicht auf
einer Höhe im wesentlichen Abstand von der Verbrennungszone derart eingespeist wird, daß das unverbrannte Material den Spiegel der
Schicht zur Verbrennung in der Verbrennungszone erreicht.

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