DE2303834A1

DE2303834A1 - Muellverbrennungsofen

Info

Publication number: DE2303834A1
Application number: DE2303834A
Authority: DE
Inventors: Abner B Turner
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1973-01-26
Publication date: 1973-08-09
Also published as: AU5086973A; US3774555A; DE2303834C2; CA961702A; AU476414B2; JPS5411993B2; GB1367053A; JPS4887683A

Description

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Augsburg, den 26. Januar

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Genter, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Müllverbrennungsofen

Die Erfindung betrifft einen Müllverbrennungsofen mit einem Feuerraum, einer Beschickungsöffnung für zu verbrennende Peststoffe, einer Ascheausfallöffnung und einer Abzugöffnung für gasförmige Verbrennungsprodukte, ferner mit einer Luftzufuhreinrichtung für die Verbrennungsluftzufuhr zum Peuer-

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raum, weiter mit einer Heizeinrichtung zur Zufuhr von Verbrennungswärme zum Feuerraum und mit einer Nachbrenneinrichtung, welche die aus dem Feuerraum abziehenden gasförmigen Verbrennungsprodukte in ein im wesentlichen rauch- und geruchloses Gas umwandelt.

Unter den sich bei der Behandlung von organischen oder anorganischen Stoffen in industriellen und kommerziellen Verfahren ergebenden Produkten sind oft auch Flüssigkeiten mit darin suspendierten festen Bestandteilen vorhanden, die nicht unmittelbar in einen Fluß abgeleitet werden können.

Infolgedessen sind viele verschiedene Verfahren zur Beseitigung der festen Bestandteile entwickelt worden. Ein bekanntes Verfahren ist die Verbrennung der festen Stoffe, wonach die zurückbleibende Asche in einer üblichen Weise ■ beseitigt wird. Müllverbrennungsofen werden weitgehend in großen Industriebetrieben benützt und die neuere Entwicklung kleiner Abwasserbeseitigungsanlagen, wie sie beispielsweise auf kleinen Schiffen Anwendung finden, hat gleichzeitig zum Bau von Müllverbrennungsofen mit kleinem Raumbedarf geführt. Zur Erzielung eines wirtschaftlichen Betriebs speichern bekannte kleine Abwasserbeseitigungsanlagen die festen Stoffe, die dann einige wenige Male täglich verbrannt werden.

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Ein Nachteil einer derartigen Anordnung liegt darin, daß sich die festen Stoffe verfestigen und Feuchtigkeit verlieren, worauf sich die Peststoffmasse derart verdichtet, daß die für eine wirksame Verbrennung notwendige Materialauflösung in kleine Teilchen nicht stattfindet. Nach der Verbrennung enthalten die Rückstände außer leicht beseitigbarer Asche aber auch noch unvollständig verbrannte Peststoffe, die noch einmal verbrannt oder auf andere Weise in einen Zustand umgewandelt werden müssen, in welchem sie dann beseitigt werden können. Zur Sicherstellung einer vollständigen Verbrennung der Feststoffe können die Verbrennungsofen selbstverständlich ununterbrochen im 24-Stunden-Betrieb gefahren werden. Dann sind jedoch verhältnismäßig große Speichermöglichkeiten für den Brennstoff erforderlich, obwohl Raum sehr kostbar ist, und diese Betriebsweise ist auch hinsichtlich des Energieverbrauchs teuer und stellt insofern tatsächlich eine Energievergeudung dar, als während belastungsschwacher Zeiträume wenig oder sogar keine Feststoffe durch den Ofen hindurchlaufen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Müllverbrennungsofen so auszubilden, daß eine im wesentlichen vollständige Verbrennung fester Abfallstoffe wirtschaftlicher erzielbar ist.

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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Müllverbrennungsofen der eingangs dargelegten allgemeinen Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der als rohrförmige Kammer ausgebildete Feuerraum an seinem einen Ende mit der Beschickungsöffnung und der Luftzufuhreinrichtung und an seinem anderen Ende mit der Ascheausfallöffnung und der Abzugöffnung in Verbindung steht, und daß ein im Feuerraum angeordneter Förderer mit im wesentlichen dem Feuerraum entsprechenden Abmessungen sowie eine diesen Förderer derart antreibende Antriebseinrichtung vorgesehen sind, daß die durch die Beschickungsöffnung in den Feuerraum eingeführten Feststoffe vom Förderer in Längsrichtung durch den Feuerraum hindurchtransportiert werden.

Zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen;

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen

Müllverbrennungsofen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dar

gestellten Müllverbrennungsofens,

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Pig, 3 einen Längsschnitt durch eine andere

Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Müllverbrennungsofens, und

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Pig. 3

dargestellten Müllverbrennungsofens.

Pig, I zeigt einen Müllverbrennungsofen 10, der insbesondere zur Verbrennung von bei einer Flüssigkeitsaufbereitung angefallener Peststoffteilen geeignet ist. Der Müllverbrennungsofen 10 weist einen Sockel 12 auf, der einen Feuerraum 14 mit einer Beschickungsöffnung 16 für zu verbrennende Feststoffe trägt» Durch die Beschickungsöffnung 16 fallen die Feststoffe auf das Ende eines Schneckenförderers 18, der diese Peststoffe in Längsrichtung durch den Feuerraum auf eine Ascheausfallöffnung 20 zu fördert, welch letztere in einen Aschebehälter 22 ausmündet. Die Verbrennung der Feststoffe erfolgt mit Hilfe elektrischer Heizkörper 24, die entlang der Außenwandung vorzugsweise des unteren Teils des Feuerraums 14 angeordnet sind. Zur Unterstützung der Verbrennung wird Luft durch eine Belüftungsöffnung 26.in eine Luft· vorwärmkammer 60 und dann durch eine Eintrittsöffnung 28 in den Feuerraum 14 eingeleitet. Beim Durchströmen des Feuerraums 14 erfüllt die Luft zwei Aufgaben, nämlich die

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Unterstützung der Verbrennung und den Abtransport gasförmiger Verbrennungsprodukte und flüchtiger, nicht im Feuerraum verbrannter Gase. Dieses Gasgemisch strömt durch eine Abzugöffnung 30 in eine Nachbrennkammer 32 und von dort durch ein Abzugrohr 34 in die Außenluft.

Der Sockel 12 kann beispielsweise durch Stützen 36 unterstützt sein, die auf oder in der Nähe von anderen Komponenten einer Abwasseraufbereitungsanlage montiert sind. Der Feuerraum lH ist zylindrisch ausgebildet und die Beschickungsöffnung 16 und die Luftzutrittsöffnung 28 sind beide am gleichen Ende des Feuerraumes angeordnet, so daß die zu verbrennenden Feststoffe und die Verbrennungsluft beide den Feuerraum in der gleichen Richtung durchlaufen, bevor sie durch die Ascheausfallöffnung 20 bzw, die Abzugöffnung 30 aus dem Feuerraum austreten.

Der Schneckenförderer 18 weist eine Welle 4o und eine Schraubenförmige gewendelte Metallschnecke 38 auf, die mittels radialer Streben 42 an der Welle 40 angeschweißt oder auf andere Weise befestigt ist. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die radial innere Kante der Schnecke 38 einen wesentlichen Abstand zur Welle kO auf, während die Außenkante der Schnecke nahe an der zylindrischen Innenwandung

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des Feuerraums anliegt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß, wenn der Feuerraum auf etwa M3O°C bis 5¹IO⁰C aufgeheizt ist, je nach der Art der zu verbrennenden Feststoffe, die Außenkante der Schnecke 38 infolge der Wärmedehnung die Feuerraumwandung gerade leicht berührt· Die Welle 40 ist an ihren beiden Enden an Wellenstümpfen 44 befestigt, die in Lagern 46 an den Stirnplatten 48 des Feuerraums gelagert sind. Die Welle 4o ist so an den Wellenstümpfen 44 befestigt, beispielsweise verstiftet, daß sie sich zwangsläufig mit den beiden Wellenstümpfen dreht» Der eine Wellenstumpf ist gemäß Fig. 3 über ein Untersetzungsgetriebe 52 mit einem Motor 55 gekuppelt.

Hitze für die Verbrennung kann dem Feuerraum in jeder geeigneten Weise zugeführt werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind Heizkörper 24 vorgesehen, die der Außenfläche des Feuerraums angepaßte Stützkörper aus Keramik oder Asbest und darin eingebettete elektrische Heizelemente aufweisen. Die Heizkörper 24 sind in geeigneter Weise am unteren Teil des Feuerraums, beispielsweise mittels Bändern, (Fig. 2) befestigt, so daß die in den Heizkörpern erzeugte Wärme durch Wärmeleitung durch die Wandungen hindurch in den Feuerraum gelangt.

Vorzugsweise wird die Verbrennungsluft vor dem Eintreten

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in den Feuerraum mit Hilfe von Abwärme aus dem Feuerraum vorgewärmt« Zu diesem Zweck ist der Feuerraum von einem aus schweren Stahlplatten oder Isolierplatten 56 und 58 gebildeten Gehäuse eingeschlossen, welches eine Kammer 60 bildet, die an einem Ende mit der Belüftungsöffnung 26 und an ihrem anderen Ende mit der Luftzutrittsöffnung des Feuerraums in Verbindung steht, so daß die durch die Belüftungsöffnung 26 in die Kammer eintretende Luft über die heiße Außenfläche des Feuerraums fast entlang der ganzen Ofenlänge strömen muß, bevor sie in den Feuerraum eintritt· Da die Luft also mit der Ofenwärme vorgewärmt wird, ist keine besondere Energiequelle zur Luftvorwärmung erforderlich. Die in den Feuerraum eingeleitete vorgewärmte Luft und die von den Heizkörpern 24, die für eine Erwärmung des Feuerraums auf etwa 43O°C bis 5^0 C ausgelegt sind, auf den Feuerraum Übertragene Wärme tragen zur vollständigen Verbrennung der Feststoffe zu Asche bei.

Da die vorgewärmte Luft durch den Feuerraum zur Abzugöffnung 30 hinströmt, transportiert sie alle flüchtigen und nichtfluchtigen Gase einschließlich der beim Feststoffverbrennungsvorgang nicht verbrannten Gase in eine Nachbrennkammer 32, die durch die Außenwandung des Feuerraums und eine im Querschnitt halbkreisförmige, auf den Feuerraum aufgesetzte Haube 62 gebildet ist. Bei einer verhältnismäßig

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konstanten Ofentemperatur von 43O°C bis 54O°C liegt die Temperatur in der Nachbrennkammer 32 im Bereich von etwa 32O°C bis 430^oC und ist somit genügend groß, daß die meisten aus dem Feuerraum l4 abziehenden Gase verbrennen« Zur weiteren Förderung einer vollständigen Verbrennung sämtlicher aus dem Feuerraum abziehender Gase kann es wünschenswert sein, die Nachbrennkammer 32 mit einem Zusatzheizkörper 65 zu versehen, der für eine Anhebung der Nachbrennkammertemperatur beispielsweise auf etwa 76O⁰C ausgelegt ist. Die restliche Luft und die gasförmigen Verbrennungsprodukte werden aus der Nachbrennkammer 32 durch sin Abzugrohr 34 in die Außenluft und, falls gewünscht, durch Kolilenst-offilter geleitet. Obwohl bei manchen öfen der natürliche Luftzug zur Luftbewegung durch den Feuerraum und die ihm sugaordneten Kammern ausreicht, ist es im allgemeinen wünschenswert, den Luftsug mittels eines Gebläses an der Belüftungsöffnung 26 zu verstärken*

Im Betrieb heizen die Heizkörper 24 den Feuerraum je nach den zu verbrennenden Feststoffen auf 43O°C bis 54O°C auf. Ist diese Feuerraumtemperatur erreicht, wird der Ofen durch die Beschickungsöffnung 16 mit den zu verbrennenden Feststoffen beschickt. Gleichzeitig wird durch die Eintrittsöffnung 28 vorgewärmte Luft in den Feuerraum eingeleitet und der Motor 50 treibt den Schneckenförderer 18 an. Während des Vorschiebens

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der Peststoffe durch den Feuerraum mittels des Schneckenförderers 18 werden Feuchtigkeit und Gase aus den Feststoffen ausgetrieben und die Feststoffe werden verbrannt, bis nur noch Asche zurückbleibt, die dann mittels des Schneckenförderers durch die Ascheausfallöffnung 20 in den Aschebehälter 22 ausgeworfen wird. Die gasförmigen Verbrennungsprodukte einschließlich der Luft und nicht verbrannten Gasen strömen aus dem Feuerraum in die Nachbrennkammer 32, wo sie zu einem im wesentlichen rauchlosen und geruchlosen Gas umgewandelt und durch das Abzugrohr 3¹* in die Außenluft abgeleitet werden. Der Schneckenförderer 18 unterstützt die vollständige Verbrennung der Feststoffe auch dadurch, daß er infolge seiner Drehung Klumpen zerkleinert, die sonst nur an ihrer Oberfläche verbrennen und eine verkohlte Schicht bilden, xfelehe die weitere Verbrennung verhindert.

Es ist leicht zu sehen, daß bei dem beschriebenen erfindungsgemäßen Müllverbrennungsofen sowohl die Feuerraumtemperatur als auch die Verweilzeit der Feststoffe im Feuerraum leicht regelbar und der Art der zu verbrennenden Feststoffe anpaßbar ist, so daß der Betrieb des Müllverbrennungsofens hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit und der Vollständigkeit der Verbrennung optimiert werden kann.

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Ein typisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Müllverbrennungsofens weist eine Feuerraumlänge von 60 cm und einen Feuerraumdurchmesser von 15 cm auf, und die Heizkörper sind für eine Feuerraumtemperatur im Bereich von 430^oC bis 5*ίΟ° C ausgelegt. Der Schneckenförderer ist so ausgebildet, daß er die Abfallstoffe bei einer Verweilzeit von 12 Minuten im Feuerraum bei einer Drehzahl des Förderers von 0,5 Umdrehungen pro Minute durch den Feuerraum fördert, wobei unter der Verweilzeit selbstverständlich der Zeitraum zu verstehen ist, den die Abfallstoffe vom Eintritt durch die Beschickungsöffnung bis zum Auswerfen der Asche durch die Ascheausfallöffnung im Feuerraum verbringen*

Der in den Fig« 3 und 4 dargestellte Müllverbrennungsofen ist dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ofen mit Ausnahme der am Feuerraum angeordneten Heizkörper und der Anordnung der Luftkanäle ähnlich» Die Heizkörper des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ofens sind als gut wärmeleitend an der Außenfläche des Feuerraums befestigte bandförmige Heizkörper 70 ausgebildet und erstrecken sich ganz oder teilweise um den Feuerraum herum. Gemäß Fig. 3 weisen die Heizkörper 70 in Längsrichtung des Feuerraums gegenseitige Abstände auf, die so gewählt sind, daß innerhalb des Feuerraums die gewünschte Temperatur für den optimalen Ofenbetrieb

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und vollständige Verbrennung erreicht wird.

Die Verbrennungsluft wird dem Feuerraum durch einen aus Platten 72 gebildeten Kanal mit einer Vorwärmkammer in den Feuerraum eingeleitet, die sich entlang des Feuerraums erstreckt und bei guter Wärmeleitverbindung unmittelbar an denselben angrenzt, und welche in das untere Ende des Beschickungsschachtes 16 ausmündet. Die gasförmigen Verbrennungsprodukte ziehen aus dem Feuerraum durch einen Schornstein 7^ rait einem darin angeordneten Heizkörper 76 ab, welch letzterer vorzugsweise in einer mit Bezug auf die Schornsteinhauptachse geneigten Ebene angeordnet ist. Der Heizkörper 76 ist so ausgelegt, daß die Temperatur im Schornstein Jk so weit angehoben wird, daß alle unverbrannten gasförmigen Verbrennungsprodukte in ein im wesentlichen rauchloses und geruchloses Gas umgewandelt und dann in die Außenluft abgeleitet werden. Der Innenraum des Schornsteins 74 mit dem Heizkörper f6 entspricht also hinsichtlich seiner Aufgabe der Nachbrennkammer 32 der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsform. Selbstverständlich trägt die aufrechte Anordnung der als Schornstein ausgebildeten Nachbrennkammer zur Verbesserung des natürlichen Luftzugs bei und fördert die Bewegung der vorgewärmten Verbrennungsluft und der aus dem Feuerraum abziehenden gasförmigen Ver-

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brennungsprodukte. Gegebenenfalls kann eine· nicht dargestellte Zugklappe im Schornstein zur Steuerung des Zugs und damit der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft und der gasförmigen Verbrennungsprodukte durch den Feuerraum vorgesehen sein. Ferner können bei beiden dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen gegebenenfalls Temperaturfühler zur Messung der Temperatur im Feuerraum.sowie Regler zur Regelung der Heizkörper 24 bzw« 70 in Abhängigkeit von der gemessenen Feuerraumtemperatur vorgesehen sein.

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Claims

Patentansprüche:

( 1.j Müllverbrennungsofen mit einem Feuerraum, einer Beschickungsöffnung für zu verbrennende Feststoffe, einer Ascheausfallöffnung und einer Abzugöffnung für gasförmige Verbrennungsprodukte, ferner mit einer Luftzufuhreinrichtung für die Verbrennungsluftzufuhr zum Feuerraum, weiter mit einer Heizeinrichtung zur Zufuhr von Verbrennungswärme zum Feuerraum und mit einer Nachbrenneinrichtung, welche die aus dem Feuerraum abziehenden gasförmigen Verbrennungsprodukt® in ein im wesentlichen rauch- und geruchloses Gas umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß der als rohrförmige Kammer ausgebildete Feuerraum (14) an seinem einen Ende mit der Beschickungsöffnung (16) und der Luftzufuhreinrichtung (26, 6o, 28) und an seinem anderen Ende mit der Ascheausfallöffnung (20) und der Abzugöffnung (j50) in Verbindung steht, und daß ein im Feuerraum angeordneter Förderer (18) mit im wesentlichen dem Feuerraum entsprechenden Abmessungen sowie eine diesen Förderer derart antreibende Antriebseinrichtung (50, 52) vorgesehen sind, daß die durch die Beschickungsöffnung in den Feuerraum eingeführten Feststoffe vom Förderer in Längsrichtung durch den Feuerraum hindurchtransportiert werden.

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2. Müllverbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiahnet, daß der Feuerraum (14) zylindrisch ist und daß der Förderer (18) ein koaxial im Feuerraum angeordneter Schneckenförderer ist.
3. Müllverbrennungsofen naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sohneckenförderer (18) einen wirksamen Durchmesser aufweist, der überall geringfügig kleiner als der Durehmesser des Feuerraums (14) ist.
4. Müllverbrennungsofen nach Anspruch 2 oder 3# dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenförderer (18) öine mit der Antriebseinrichtung (50, 52) gekuppelte Welle (40) und eine an dieser Welle befestigte schraubenförmige Förderschnecke (38) aufweist.
5. Müllverbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da3 die Heizeinrichtung eine Vielzahl von unmittelbar wärmeleitend und in Längsrichtung des Feuerraumes (14) mit gegenseitigen Abständen auf dem Ofen befestigten Heizelementen (70) aufweist,
6. Müllverbrennungsofen nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (70) bandförmig sind und sich mindestens teilweise um den Ofen herum erstrecken.

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7. Müllverbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhreinrichtung (26, 60, 28) eine entlang des Feuerraumes (14) verlaufende und mit der Feuerraumwandung in direktem Wärmeaustausch stehende Vorwärmkammer (60) auf we is t.
8. Müllverbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrenneinrichtung eine mit der Abzugöffnung (30) in Verbindung stehende Nachbrennkammer (32) sowie eine zusätzliche Heizung (65) aufweist.
9. Müllverbrennungsofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer 02) entlang der Außenwandung· des Feuerraumes (14) verläuft und mit derselben in unmittelbarem wärmeaustausch steht. ,
10. Müllverbrennungsofen nach Anspruch 8, dadurch gekenhi zeichnet, daß die Nachbrenneinrichtung (76) in iiinem mit der Abzugöffnung des Feuerraums (14) in Verbindung stehenden Schornstein (74) angeordnet ist.

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