DE2356058B2

DE2356058B2 - Wirbelschichtofen fuer die verbrennung von teilweise entwaessertem schlamm

Info

Publication number: DE2356058B2
Application number: DE19732356058
Authority: DE
Inventors: Erhard 4300 Essen Albrecht
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1977-11-10
Also published as: DE2356058A1; US3941065A; DE2356058C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelschichtofen für die Verbrennung von teilweise entwässertem Schlamm, bestehend aus einem von einer Aufschüttung feuerfester Körper gebildeten Wirbelbett mit von unten erfolgender Luftzuführung für die Erzeugung des Wirbelbettes und teilweiser Deckung des Bedarfes an Verbrennungsluft, und mit von oben erfolgender Schlammeinspeisung, sowie mit einer oberhalb der Wirbelschicht befindlichen, im Querschnitt vergrößerten Verbrennungszoiie, deren Höhe durch die Zuführung weiterer Verbrennungsluft begrenzt ist, an die sich eine Nachverbrennungszone anschließt.

Es ist bekannt, daß insbesondere Klärschlämme in einem Wirbelschichtofen der beschriebenen Bauart mit Erfolg verbrannt werden können, wobei es sich um derart teilweise entwässerte Schlämme handelt, daß der gesamte Prozeß der Verbrennung ohne nennenswerte Wärmezufuhr von außen stattfindet. Dabei wird das Verfahren so gesteuert, daß es mit Sicherheit auch zur Verbrennung geruchbelästigender Gase kommt. Dies wird gewährleistet, wenn in der Verbrennungszone eine Temperatur von 800⁰C bis 900°C aufrechterhalten wird. Außerdem soll die bei der Verbrennung des Schlammes entstehende Asche möglichst nicht schmelzen, sondern weitgehend durch die Abgase ausgetragen und später abgeschieden werden können.

Ein Verfahren zur Durchführung der Verbrennung von Klärschlamm dieser Art ist in der CH-PS 4 40 527 beschrieben. Der zu verbrennende Schlamm wird hierbei entweder von einem oberhalb des Wirbelschichtofens befindlichen Bunker über ein den Wirbelschichtofen zentral bis zur Höhe der Verbrennungszone durchsetzendes Fallrohr aufgegeben oder seitlich mittels einer Förderschnecke in das Wirbelbett unmittelbar eingespeist. Bei der erstgenannten Ausführungsart wird also vorausgesetzt, daß der Schlamm eine entsprechende Höhenlage besitzt, wofür die Voraussetzungen in der Regel deshalb nicht gegeben sind, weil der Schlamm aus hydromechanischen Gründen meistens in der Nähe des Erdbodens oder sogar in der Nähe des Wasserspiegels entsteht. Von dort muß er also zunächst in einen oberhalb des Ofens befindlichen Bunker gefördert werden, wofür wiederum mit Rücksicht auf die Beschaffenheit des Schlammes nur sehr aufwendige Verfahren, wie Schöpfwerke oder dergleichen, geeignet sind. Bei der an zweiter Stelle erwähnten Einspeisung unmittelbar in das Wirbelbett ist dessen Beaufschlagung sehr ungleichmäßig, so daß die Leistung des Wirbelbettes entsprechend gering ist. An der Stelle der Einspeisung kommt es hierbei zu einer starken Abkühlung des Wirbelbettes, als deren Folge sogar Betriebsunterbrechungen eintreten können.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelschichtofen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich für den Schlamm möglichst geringe Förderkosten ergeben, ohne daß es zu einem übermäßigen Schlammaustrag durch das Wirbelbett kommt. Dies sowie weitere Vorteile werden bei dem genannten Wirbelschichtofen erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Verbrennungszone oben überwiegend mit einer horizontalen Ofendecke abgeschlossen ist, die an einer Stelle eine öffnung für den

Ansatz einer mit erheblich kleinerem Querschnitt ausgeführten Nachbrennkammer mit an ihrem Eingang befindlicher Zuführung von sekundärer Verbrennungsluft besitzt, und die eine weitere öffnung für die Einspeisung des frei in die Verbrennur,gszone fallenden Schlamms aufweist.

Der neue Wirbelschichtofen setzt die Förderung des zu verbrennenden Schlammes lediglich bis zur Höhe der Ofendecke voraus. Die aus dieser Höhe erfolgende Einspeisung ist ohne Fallrohr möglich, so daß der Aufwand hierfür sowie für die Erneuerung des Fallrohrs während des Betriebes entfällt. Insbesondere kommt es durch die Verteilung des eingespeisten Schlammes innerhalb der Verbrennungskammer zu einer etwa mittigen und verhältnismäßig gleichmäßigen Beaufschlagung des Wirbelbettes, in welchem der aufgegebene Schlamm trocknet, zerrieben, teilweise verbrannt, vergast und verascht wird. Die verhältnismäßig geräumige Verbrennungskammer gewährleistet einen weitgehenden Ausbrand der dem Wirbelbett entweichenden, brennbaren Gase, wobei in üblicher Weise eine Luftzuführung zweckmäßig ist. In der verhältnismäßig kleinen Nachbrennkammer kann sodann di? Nachverbrennung stattfinden. Da innerhalb der mit erheblich kleinerem Querschnitt ausgeführten Nachbrennkammer die Strömungsgeschwindigkeit größer ist, wird der überwiegende Teil der Asche von dieser mitgenommen. Dies kann aber wiederum vorteilhaft dadurch ausgenutzt werden, daß die Nachbrennkammer ah ein Strahlungsrekuperator ausgebildet wird, da die Staubpartikeln in besonderem Maße einen Wärmeübergang durch Strahlung ermöglichen. Die Senkung der Abgastemperatur führt wiederum zu einer Verbesserung der Bedingungen für die abschließende Entstaubung.

Mit besonderem Vorteil werden unter dem Gesichtspunkt eines klein zu haltenden Aufwandes für die Schlammförderung auf der Ofendecke Vorrichtungen für die Schlammbehandlung angebracht, so daß der Schlamm erst an dieser Stelle in einen einspeisungsfähigen Zustand versetzt wird. Man kann ihn also bis zu dieser Höhe in noch verhältnismäßig wasserreichem Zustand leicht pumpen, wobei in der Regel die atmosphärisch bedingte Pumphöhenbegrenzung noch nicht erreicht wird. Durch geeignete Weiterbehandlung mit Hilfe von Zentrifugen, Filterpressen oder dergleichen kann er sodann im erforderlichen Ausmaß entwässert und damit aufgabefähig gemacht werden.

Da somit die Schwierigkeiten bei der Förderung eines von oben aufgebbaren Schlammes weitgehend entfallen, läßt sich die Nachbrennkammer insbesondere in ihrer Gesamtlänge so ausführen, daß sich durch die bereits genannte Gestaltung als Rekuperator ein großer Anteil der durch die Schlammverbrennung entstehenden Wärme wieder zurückgewinnen läßt. Dies ist gerade für die Schlammverbrennung deshalb von großer Bedeutung, weil man bei dem zu verbrennenden Schlamm einen um so größeren Wassergehalt zulassen kann, je höher die dem Wirbelbett sowie der Verbrennungskammer zugeführte Verbrennungsluft vorgewärmt ist. ei. Somit werden durch den neuen Wirbelschichtofen zugleich die Voraussetzungen dafür geschaffen, daß der Aufwand für die Entwässerung des Schlammes fühlbar gesenkt werden kann.

Der erfindungswesentliche Vorschlag, wonach der Querschnitt der Verbrennungskammer erheblich größer als derjenige der Nachbrennkammer ist, führt erfindungsgemäß insbesondere zu Querschnittsformen der Verbrennungskammer, bei denen zwei Halbkreise an sich gegenüberliegenden Seiten eines Rechteckes angesetzt sind. Somit wird auch die bisher üblich gewesene, runde Querschnittsform des Wirbelbettes aufgegeben. Je nachdem, ob das in die Querschnittsausbildung einbezogene Rechteck kurz oder langgestreckt ist, befindet sich die Einmündung der Nachbrennkammer entweder im Bereich eines der Heiden Halbkreise oder aber in der Mitte des Rechteckes, wobei im letztgenannten Fall im Bereich jedes der beiden Halbkreise eine Einspeisungsöffnung für den genannten Schlamm vorgesehen sein kann, so daß die Gleichmäßigkeit der Beaufschlagung des Wirbelbettes auch bei langgestreckter Form desselben noch gewährleistet bleibt. In Abwandlung der Erfindung kann man gleichfalls ovale Querschnittsformen oder auch dreiekkige Querschnittsformen für die Verbrennungskammer wählen, so daß auch bei größeren Ofeneinheiten die Voraussetzungen für einen gleichmäßigen Betrieb des Wirbelbettes erfüllt werden können.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, mit denen unterschiedliche Ausführungsformen schematisch dargestellt sind. Darin zeigt

F i g. 1 eine Querschnittsdarstellung des neuen Wirbelschichtofens, während

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform in seitlicher Ansicht veranschaulicht.

Bei der Querschnittsform des in F i g. 1 in Draufsicht dargestellten Wirbelschichtofens handelt es sich um zwei Halbkreisbögen 1 und 2, die an die jeweils gestrichelt wiedergegebenen Rechteckseiten 3 und 4 angesetzt sind. Im Bereich des einen Halbkreises 1 befindet sich die öffnung 5 für den Ansatz der Nachbrennkammer, deren Querschnitt, wie sich aus F i g. 1 ergibt, erheblich kleiner als derjenige der Verbrennungskammer ist. In der Ofendecke 6 der Verbrennungskammer erkennt man weiterhin die öffnung 7 für die Einspeisung eines verbrennungsfähigen Schlammes. Zum Anheizen des Ofens ist eine weitere öffnung 8 vorgesehen, in die ein Aufheizbrenner 9, wie er schematisch in F i g. 2 wiedergegeben ist, einsetzbar ist. Am Eingang der Nachbrennkammer wird Verbrennungsluft in Richtung der Pfeile 10, 11 tangential zugeführt.

In F i g. 2 erkennt man das Wirbelbett 12 sowie die sich daran anschließende Verbrennungskammer 13. Das Wirbelbett 12 wird mit Hilfe von erhitzter Luft aufrechterhalten, die in Pfeilrichtung 14 in eine Luftkammer 15 gelangt, von welcher aus Düsen 16 in das Wirbelbett 12 führen. Die zugeführte Luft ist zuvor in zeichnerisch nicht dargestellter Weise im Rekuperator erhitzt worden und dient somit nicht nur zur mechanischen Erzeugung des Wirbelbettes 12, sondern gleichzeitig zu dessen Aufheizung.

Die in der Ofendecke 6 befindlichen öffnungen 7 dienen der unmittelbaren Einspeiszung von Schlamm, der z. B. mit Hilfe der schematisch dargestellten Zentrifugen 17 zuvor entwässert wurde. Nachdem die Verbrennungskammer 13 mit Hilfe der Aufheizbrenner 9 auf die vorgesehene Reaktionstemperatur gebracht wurde, verbrennt das bei der Behandlung des Schlamms im Wirbelbett 12 entstehende Gas in der Verbrennungskammer 13 unter Zufuhr von Verbrennungsluft, die über Düsen 18 seitlich in die Verbrennungskammer eingeführt werden kann. Auch diese Verbrennungsluft ist zweckmäßig zuvor im Rekuperator vorerhitzt worden, so daß sich in der Verbrennungskammer 13 eine

Temperatur von 800 bis 900⁰C aufrechterhalten läßt. Sofern dies durch die Schlammverbrennung nicht möglich ist, lassen sich die Aufheizbrenner 9 mit Hilfe eines Reglers einschalten, bis die Bedingungen für die Aufrechterhaltung der Temperatur durch die Schlammverbrennung wieder hergestellt sind.

Die erzeugten Abgase sind beim Verlassen der Verbrennungskammer 13 noch nicht vollständig ausgebracht. Aus diesem Grunde ist die Nachbrennkammer IS vorgesehen, in weiche am Eintritt, in bereits erwähnter Weise, tangential in Richtung der Pfeile 10, 11 sekundäre Verbrennungsluft einströmt. Die Nachbrenkammer 19 erlaubt gleichzeitig eine rekuperative Vorwärmung der Verbrennungsluft, indem sie als Rekuperator ausgebildet ist. Wie erwähnt, findet hierbei die Ausführungsform eines Strahlungsrekuperators statt, um den Vorteil des Wärmeüberganges durch Strahlung bei den staubführenden Abgasen ausnutzen zu können.

Das Wirbelbett 12 ist im unteren Bereich mit einem Austragstutzen 20 ausgebildet, so daß man unbrauchbares Material aus dem Wirbelbett entfernen kann.

Die in F i g. 2 erkennbare Abschrägung am Obergang zwischen der Wandung der Verbrennunskammer und der Ofendecke wirkt sich vorteilhaft auf die Betriebsweise der Aufheizbrenner aus, da deren Einmündungen in Hie Verbrennungskammer somit ständig frei bleiben und nicht der Verstopfungsgefahr unterliegen. Dies ist wiederum mit Rücksicht darauf von erheblicher Bedeutung, daß die Brenner nicht ständig betrieben werden, sondern häufig längere Zeit abgeschaltet sind.

Neben der Verstopfungsgefahr der Brenner selbst wird durch die schräg von oben erfolgende Einmündung der Brenner vor allem auch gewährleistet, daß di< Innenwandungen der Brennermuffen, die im feuerfester Mauerwerk vorgesehen sind, sich nicht zusetzer können, weil diese Innenwandungen ihrerseits schräg sind und sich somit unter Berücksichtigung des schräger Brennereinbaues keine Ablagerungsmöglichkeiter mehr auf den genannten Flächen ergeben können.

Um auch in den Randzonen des Wirbelbettes eine

ίο ausreichende Bewegung desselben zu gewährleisten, ist der Winkel, unter welchem sich das Wirbelbett zur Verbrennungskammer hin erweitert, in bezug auf die Vertikale 15 bis 20°. Auf diese Weise kann die gesamte Oberfläche des Wirbelbettes in Bewegung gehalten werden.

Die Nachbrennkammer kann erfindungsgemäß nicht nur mit rundem, sondern vorteilhaft auch mit eckigem Querschnitt ausgeführt werden. Dies ist einerseits für die Abstützung der Nachbrennkammer auf der Ofendecke von Vorteil, da somit zwei sich gegenüberliegende Rechteckseiten der Nachbrennkammer unmittelbar auf die Oberkanten der Längswände des Ofens ausgesetzt werden können, während die beiden anderen Rechteckseiten dann von der im wesentlichen ebenen Ofendecke aus sich senkrecht nach oben erstrecken. Wenn man die Nachbrennkammer mit einem Abhitzekessel versehen will, kann es zweckmäßig sein, den gesamten Querschnitt rechteckig beizubehalten, wohingegen für einen Rekuperator eine zunächst rechteckige Querschnittsform der Nachbrennkammer allmählich in eine runde Querschnittsform mit zunehmender Höhe der Nachbrennkammer übergehen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Wirbelschichtofen für die Verbrennung von teilweise entwässertem Schlamm, besteh aus einer von einer Aufschüttung feuerfester ,körner gebildeten Wirbelbett mit von unten erfolgender Luftzuführung für die Erzeugung des Wirbelbettes und teilweiser Deckung des Bedarfes an Verbrennungsluft, und mit von oben erfolgender Schlammeinspeisung, sowie mit einer oberhalb der Wirbelschicht befindlichen, im Querschnitt vergrößerten Verbrennungszone, deren Höhe durch die Zuführung weiterer Verbrennungsluft begrenzt ist, an die sich eine Nachverbrennungszone anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszone oben mit einer horizontalen Ofendecke (6) abgeschlossen ist, die an einer Stelle eine öffnung (5) für den Ansatz einer mit erheblich kleinerem Querschnitt ausgeführten Nachbrennkammer (19) mit an ihrem Eingang befindlicher Zuführung (10,11) von sekundärer Verbrennungsluft besitzt, und die eine weitere öffnung (7) für die Einspeisung des frei in die Verbrennungszone fallenden Schlamms aufweist.

2. Wirbelschichtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ofendecke (6) Schlammbehandlungsvorrichtungen (17) für die Erzeugung eines aufgabefähigen Schlammes angeordnet sind.

3. Wirbelschichtofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Verbrennungskammer (13) als Rechteck mit an gegenüberliegenden Seiten (3, 4) angesetzten Halbkreisen (1, 2) ausgeführt ist, wobei die Nachbrennkammer im Bereich eines der Halbkreise (1) einmündet.

4. Wirbelschichtofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Verbrennungskammer (13) als langgestrecktes Rechteck mit an den gegenüberliegenden Schmalseiten angesetzten Halbkreisen ausgebildet ist, wobei die Nachbrennkammer (19) in der Mitte des Rechteckes einmündet, und wobei im Bereich beider Halbkreise je eine Öffnung (7) für die Einspeisung des Schlamms vorgesehen ist.

5. Wirbelschichtofen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wirbelbett (12) unter einem Öffnungswinkel gegen die Vertikale von 15° bis 20° zur Verbrennungskammer (13) erweitert.

6. Wirbelschichtofen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen der Wandung der Verbrennungskammer (13) und der Ofendecke (6) abgeschrägt und mit einem Aufheizbrenner (9) versehen ist.

7. Wirbelschichtofen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (19) als Strahlungsrekuperator zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für das Wirbelbett (12) und die Verbrennungskammer (13) ausgebildet ist.

8. Wirbelschichtofen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Verbrennungsluft tangential in die Nachbrennkammer (19) eintritt.

9. Wirbelschichtofen nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Nachbrennkammer (19) zumindest im Bereich der Einmündung in die Verbrennungszone rechteckig ausgeführt ist.