DE2359671A1 - Verfahren zum verbrennen von abfall und apparat zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

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2 a. SSV. 1973

J0rgen· Scheibe 1 : '

Tingstedet 37, DK-8220 Brabrand (Dänemark)

Verfahren zum Verbrennen yon Abfall, und Apparat zur Durchführung des Verfahrens■

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Abfall sowie einen Apparat zur Durchführung des Verfahr ens..

Wegen der ständig zunehmenden Abfallmenge aus der Industrie, Krankenhäusern und Haushaltungen ist das Bedürfnis nach einer Entfernung dieser Abfallmengen ohne sich daraus ergebene Verunreinigung immer grosser gev/orden. ·

Insbesondere Abfall mit grossen Mengen organischer Stoffe bietet besondere Probleme, weil die. organischen. Stoffe verwesen

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und Krankheiten erregen-können. Abfall mit einem hohen Gehalt an organischen Stoffen wie z.B. Insbesondere Krankenhausabfali sowie Abfall aus Haushaltungen, wird daher gewöhnlich in Verbrennungsanlagen verbrannt, wonach die in der Regel minimale Asehenmenge.leicht entfernbar und gegebenenfalls als Dünger verwendbar ist.

Verbrennungsanlagen üblicher Konstruktion sind in der Rege-Γ mit einer Verbrennungskammer und einem Rost versehen, auf dem der Abfall angebracht oder gefördert wird. Wenn die Verbrennungsluft oder jedenfalls ein erheblicher. Teil von dieser durch solche Roste hindurchgeleitet wird, erzielt man eine wirksame Verbrennung des Abfalls. Dies hat jedoch den Nachteil, dass ein grosser Teil des Aschenrestes, der in feinteiliger Form vorkommt und daher in einem Gasstrom schweben kann, mit der Verbrennungsluft und dem gebildeten Rauchgas mitfolgt, das dann gereinigt werden muss.

Da Roste der obigen Art gewöhnlich aus Guss, beispielsweise Gusseisen oder einer chromhaltigen Eisenlegierung, hergestellt sind, der in Gegenwart sauerstoffhaltiger Luft keine zu hohe Temperatur ertragen kann, versucht man, durch Steuerung der Luftzuleitung die Verbrennungstemperatur auf dem Rost niederzuhalten, so dass die Temperatur durch erhöhte Luftzuleitung begrenzt wird. Dadurch erhöht sich die Gefahr dafür, dass Aschenpartikel mit dem Gasstrom mitgeführt werden. Eine Erhöhung der Luftzuleitung zwecks Herabse'tzaug der Temperatur hat weiterhin zur Folge, dass örtlich in Bereichen mit hohem Brennwert und besonderen Turbulenzverhältnissen dennoch sehr hohe Temperaturen entstehen können, die eine Umwandlung der Asche in Schlacke mit sich daraus ergebener erhöhter Belastung mechanisch virkender Roste verursachen.

Zwecks Vermeidung der Verunreinigungsnachteile, die mit dem Aussenden von Aschenpartikel oder Russpartikel enthaltendem Rauchgas verbunden sind, ist es in der Regel erforderlich, das Rauchgas zu reinigen, was sehr kompliziert und kostspielig ist, indem die Temperatur zunächst unter 4oo°C herunterzubringen ist. Bei den bekannten Methoden ist dies dadurch ausgeführt worden, dass man entweder das Rauchgas direkt mit

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kalter Luft -vermischt hat, wodurch sich aie zu reinigende Rauchgasmenge stark 'erhöht, oder das Rauchgas über Kühlflächen führt, wodurch der hohe Gehalt an festen Partikeln im Rauchgas die Kühlflächen Korrosion, Abnutzung und unerwünschten Ablagerungen aussetzt und hohe Anforderungen bezüglich der Ausbildung dieser Flächen zwecks Minderung der erwähnten Nachteile.stellt.

Beim Verbrennen von Abfall in der vorstehend beschriebenen Weise ist es weiterhin schwierig, eine -vollständige Verbrennung zu erzielen, indem in der Verbrennungskammer verschiedene Temperaturen vorkommen, so dass örtlich.,ein teilweiser Abbau organischer. Stoffreste erfolgen kann, und das vollständige Entgasen der Reste kann durch Eingiessen in die Schlacke Unter gleichzeitiger Bildung von dieser verhindert werden. Da die Zusammensetzung, des Abfalls weiterhin sowohl in Bezug auf den Gehalt an Feuchtigkeit als auch den Gehalt an organischem Stoff bedeutend schwanken und auch der Brennwert erheblich variieren kann, ist es schwierig, solche Verbrennungsanlagen zur Erzielung optimaler Verbrennungsverhältnisse einzustellen.

Es ist weiterhin bekannt, Abfall in rotierenden Trommelofen zu · verbrennen; auch nicht in dieser Weise vermeidet man aber das Problem betreffend Plugasche und mitgeführte Russpartikel im Rauchgas»

Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die obigen Nachteile zu beseitigen und ein wirksames Verbrennen aller Formen von Abfall mit schwankenden Mengen Feuchtigkeit und organischen Stoffen zu ermöglichen. Weiterhin erstrebt die Erfindung ein derartiges Verbrennen, dass das gebildete Rauchgas frei von Aschenpartikeln, Russpartikeln und übelriechenden Stoffen ist, so dass sich das Rauchgas ohne nachfolgende Reinigung und ohne Verunreinigungsnachteile ins Freie leiten lässt.

Die's wird durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielt, bei dem der Abfall portionsweise in einen Verbrennungsofen eingeführt, entzündet und in einer Vergasungszone vergast wird und die Vergasungsprodukte in einer separaten, von der Vergasungszone getrennten Nachbrennungszone verbrannt werden, indem die

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Naehbrennungszone vor Entzünden des ÄDfails in der Vergasungszone auf mindestens 800⁰C erhitzt und während der ganzen Verbrennungsperiode auf dieser Temperatur gehalten wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungszone eine solche unterschüssige Luftmenge zugeleitet wird, dass sich durch teilweises Verbrennen des Abfalls gerade die für die Vergasung erforderliche Wärmemenge entwickelt und dass in die Nachbrennungs· zone ein Luftüberschuss eingeführt wird, der zum vollständigen Verbrennen der Vergasungsprodukte und gegebenenfalls auch zum Abkühlen des Rauchgases in einer nachfolgenden Zone ausreicht.

Durch Ausführung der Verbrennung wie vorstehend angeführt wird völlig gewährleistet, dass alle organischen Stoffe vollständig verbrannt werden, wie es auch möglich ist, während des teilweisen Verbrennungsvorgangs in der Vergasungszone Turbulenz zu vermeiden, so dass praktisch keine Aschenpartikel oder andere feste Stoffe zusammen mit dem gebildeten Gas in die Naehbrennungszone hinübergeleitet werden. Das Rauchgas lässt sich bei hoher Temperatur ohne Verdünnung hinausleiten. Erwünschtenfalls lässt sich die Wärme jedoch dadurch ausnutzen, dass das Rauchgas über Kühlflächen geleitet wird, die einfach und preiswert sein können, indem das Rauchgas wegen des sehr geringen Feststoffgehaltes die Kühlflächen keinen besonders hohen mechanischen oder chemischen Einwirkungen aussetzt.

Es hat sich weiterhin gezeigt, dass' man durch die erfindungsgemäss vorgeschlagenen Massnahmen imstande ist, die Temperatur während des teilweisen Verbrennungsvorgangs in der Vergasungszone zu kontrollieren. Durch geeignete Einstellung der zugeführten Luftmenge zur Vergasungszone kann die Verbrennungsoder Entgasungstemperatür bei niedrigen Werten gehalten werden, beispielsweise 65o°G oder weniger.

Es hat sich erfindungsgemäss als zweckmässig herausgestellt, die der Vergasungszone zugeleitete-Luftmenge durch Einstellung eines konstanten Drucks an Düsen zum Einführen der Luft in die Vergasungszone anzupassen. Wenn der Druck konstant gehalten wird, wird die tatsächlich zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit der Temperatur in der Vergasungszone schwanken, in- ■ dem ein Temperaturanstieg eine Erweiterung der Luft zur Folge haben wird.

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Es ist weiterhin erfindungsgemäss zweckmässig, die_Vergasun-gszone, und die Nachbrennungszone durch ein Gasfilter getrennt zu. halten. Dadurch wird ein "Vermischen des sauerstoffreichen Gases in der ITachbrennungszone mit dem..Gas in der Vergasungszone /verhindert, so dass man hier eine forcierte Verbrennungsgeschwindigkeit-vermeidet. .-'·"-."

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Apparat zur Durchführung des erwähnten Verfahrens, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus einem Verbrennungsofen besteht, welcher eine Vergasungszone (1) mit einer Entzündungsvorriehtung (17), eine Nachbrennungszone (2) mit einer Heiζvorrichtung (18) undein zwischen den beiden 2-onen liegendes Gasfilter (3) umfasst, wobei die Vergasungszone (1) durea eine im Verbrennungsofen enthaltene feuerfeste Ausfütterung (4) abgegrenzt ist, die Luftzuleitungsdüsen (5) aufweist, durch die.Luft von einem Mantel (6) zugeführt werden kann, und die Uachbrennungszone (2) durch eine feuerfeste Ausfütterung."(7) abgegrenzt ist, die Luftzuleitungsdüsen (8) von einem Mantel (9) aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert., die einen Querschnitt eines erfindungsgemässen Verbrennungsofens zeigt. . .'.-.""."

Der erwähnte Verbrennungsofen umfasst eine Vergasungszone 1 oder einen Vergasungsraum, in den Abfall durch eine (nicht gezeigte) Fronttür oder Einführungsschleuse eingeführt wird. Der Vergasungsraum 1 ist durch eine feuerfeste AusfUtterung 4 begrenzt, die an gewissen Stellen von löchern öder. Düsen 5 durchbrochen ist, durch die Luft von einem Mantel 6 zugeführt werden kann, indem die Lüftmenge mittels eines Ventils oder einer Klappe 11 geregelt und durch ein Rohr oder einen Kanal 12 zum Mantel 6 geführt wird. Der Verbrennungsraum 1 ist oben durch eine Filterplatte 3 begrenzt, deren Porosität derart angepasst ist, dass ein erwünschtes Druckgefälle über der Gasfilterplatte erzielt wird. Diese Gasfilterplatte trennt den Vergasungsraum von einer Nachbrennungskammer 2, die durch eine feuerfeste. Ausfütterung 7 abgegrenzt ist, welche an gewissen-Stellen von mit einem Verteilermantel 9 in Verbindung stehenden Luftzuleitungsdüsen 8 durchbrochen ist. Die Luftzuleitung an dieUachbrennungskammer wird mittels eines yentils oder einer Klappe 13

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geregelt, die die zugeführte Luftmenge durch einen Kanal 14 zum Mantel 9 regelt. Die Nachbrennungskammer 2 mündet in einen Schornstein mit einer Kühlzone Io, in die Kühlluft aus einem Kanal 16 geführt wird, und zwar von einem Ventil oder einer Klappe 15 geregelt. .

Die feuerfeste Ausfütterung 7 sollte wegen der hohen. Verbrennungstemperatur in der iiachbrennungskammer aus einer keramischen Masse mit einem hohen Schmelzpunkt bestehen. Dagegen kann die feuerfeste Ausfütterung 4 wegen der kontrollierten niedrigen Temperatur in der Vergasungszone zweckmässig aus einem feuerfesten öder wärmebeständigen Metallblech beispielsweise aus einer ~hr-m-nickel- oder chrom-aluminiumhaltigen Stahllegierung mit einer Aussenisolierschicht der bekannten Art, beispielsweise Mineralwolle, bestehen. Es gibt wärmebeständige Stahllegierungen, die konstant bis zu 8oo-85o°C ertragen können, was infolge der kontrollierten teilweisenVerbrennung für den angegebenen Zweck ausreicht.

Durch Herstellung .der feuerfesten Ausfütterung 4 aus einem wärmebeständigen Metallblech wird eine erhebliche Gewichtre-' duktion des Verbrennungsofens erzielt, der daher nach der Verbrennungsperiode schneller abkühlbar ist. Erwünschtenfalls kann man jedoch auch eine keramische Masse für die feuerfeste Ausfütterung 4 benutzen.

Nach Einführung des Abfalls in den Vergasungsraum 1 und Verschliessen der Anlage wird ein Brenner 18 eingeschaltet» der die Nachbrennungskammer 2 auf eine Temperatur von mindestens 8oo°C erhitzt. Dieser Brenner kann von einem Zeitschalter oder einem Thermostat gesteuert-sein, so dass die angegebene Mindesttemperatur aufrechterhalten wird. Die Erhitzungszeit hängt von der Grosse des Ofens ab und kann beispielsweise 8 bis Io Minuten betragen. Dieser Brenner arbeitet die ganze Verbrennungsperiode hindurch vom Thermostat gesteuert.

V/enn die erwähnte Temperatur in der Nachbrennungskammer 2 erreicht ist, wird ein Zentralgebläse (nicht gezeigt) eingeschaltet, das Luft durch die Regelklappen 11, 13 und 15 durch die Kanäle 12, 14 und 16 einführt, und gleichzeitig wird ein Brenner 17 eingeschaltet, der den Abfall in der Vergasungs-

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kammer !.entzündet. Dieser Brenner schaltet gewöhnlich nach 3 bis Io Minuten aus, welcher Zeitraum mittels eines Zeitschalters einstellbar ist oder der Brenner kann von einem Thermostat gesteuert sein. Das Zentralgebläse baut einen Luftdruck von 80 bis loo mmVS vor den Klappen. 11, 13 und 15 auf. Die Klappe 11 wirkt als ein gewichtbelastetes Druckregelventil, das justierbar den Luftdruck um lo-3o nimVS auf 5o-9o mmVS herabsetzen kann. Dieser Luftdruck herrscht somit im Mänte.l 6, und in Abhängigkeit der Querschnitte der Luftdüsen 5 wird bei konstanter Temperatur eine konstante Luftmenge in die Vergasungskammer 1 hineinströmen, tyenn die Temperatur in der Vergasungskammer 1 infolge der Verbrennung steigt, wird die Luftmenge erhitzt werden und sich damit erweitern. Bei einem Temperaturanstieg von beispielsweise 2oo°C vergrössert sich das Volumen verhältnismässig mehr als die Durchströmungsmenge durch die Luftdüsen, was zur Folge hat, dass die zugeführte Luftmenge in Nnr um etwa 34% herabgesetzt wird. Da eine Herabsetzung der Luftzuleitung für die Verbrennung die Verbrenuungsgeschwindigkeit vermindert, wird die Verbrennungstemperatür niedergeha-1-ten werden, und,-in dieser Weise ist es möglich," die Durchschnittsteidperatur im Vergasungsraum auf einen erwünschten niedrigen-Wert einzustellen..Eine Erhöhung der Temperatur oder der Gaserzeugung im Vergasungsraum wird auch zur Folge haben,

dass, der Druck in diesem steigt, weil der Druckunterschied über dem Gasfilter 3 steigen wird, was dazu beiträgt, die Luftzuleitung herabzusetzen und die Vergasungstemperatur zu kontrollieren und damit die Gaserzeugung zu begrenzen.

Infolge der in die Vergasungskammer 1 eingeführten begrenzten Luftmenge und der sich daraus ergebenden niedrigen Strömungsgeschwindigkeit wird- das entwickelte Gas praktisch frei von schwebenden Aschen- oder Russpartikeln sein. Das gebildete Gas wird durch die Poren des Gasfilters 3 hindurchströmen und in die Uachbrennungskammer 2 eintreten, wo das Gas Lüftüberschüsse verbrennt, die durch die Düsen 8 vom Kanal 14 einströmen. Diese Luftmenge wird durch Einstellung der Klappe 13 geregelt. Das verbrannte Rauchgas mit einem geeigneten .LuftUberschuss wird in einen Schornstein hinaufgeführt, in dem es in : einer Abkühlzone Io mit Kühlluft vermischt wird, die von einem Kanal 16 eingeführt wird, und zwar von einer Klappe 15 geregelt.

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Das aus dem Schornstein austretende Rauchgas ist frei von schwebenden "Partikeln, abgekühlt und geruehirei, weshalb es ohne Yexunreinigungsnachteile ins Freie ausgesandt werden kann.

Bei einem Verbrennungsofen geeigneter Grosse, beispielsweise

3 mit einem Vergasungsraum von etwa 2 m , lässt sich in passender Weise ein Zentralgebläse mit einer Kapazität von 3.5oo pro Stunde bei einem Gegendruck von loo mmVS verwenden. Von dieser Luftmenge können beispielsweise 25o Nm pro Stunde in den Vergasungsraum eingeführt werden, indem die Luftmenge mittels des Druekregelventils 11 in Abhängigkeit der Temperatur in der Vergasungszone 1 eingestellt wird. Zum vollständigen Verbrenneii des in die Nachbrennungskammer 2 eingeführten Gases

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werden beispielsweise 625 Nm Luft in den Ngchbrennungsraum eingeleitet. Die restlichen etwa 2625 Nm Luft gehen in den Rauchkanal und den Schornstein hinüber, wo sie mit dem Rauchgas vermischt werden und dieses abkühlen.

Etwa 15 Minuten nach dem Einschalten des Brenners 17 wird dieser auf automatischen, durch Thermostat gesteuerten Betrieb bei etwa 50O¹³C in einem vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise höchstens 15o Minuten, eingestellt, falls diese Temperatur zum betreffenden Zeitpunkt infolge eines hohen Feuchtigkeitsgehaltes oder eines geringen Brennwertes im Abfall oder aus beiden Gründen nicht erreicht worden ist. Die Verbrennung wird durch einen im Vergasungsraum angeordneten Thermostat beendet, wenn die Temperatur hier unter den eingestellten Wert, beispielsweise 15o bis 2oo G gesunken ist und nicht mehr grössere Mengen brennbaren Stoffs zur Aufrechterhaltung einer höheren Temperatur -vorhanden sind. Der Ausschalter dieses Thermostats ist während des Aufstartes in den ersten 23 bis 25 Minuten von dem obigen Zeitschalter kurzgeschlossen.

Wenn die Verbrennung wie vorstehend erwähnt beendet ist, schalten das Zentralgebläse und der Brenner für die ITachbrennungSr kammer 2 aus, wonach die Asche aus dem Ofen entleert und neuer Abfall für die nächste Verbrennung eingeführt werden, kann.

Der Apparat lässt sich mit Regel- und Steuervorrichtungen und Thermometern, Druckmessern und sonstigen Messinstrumenten versehen, so dass die Verbrennung ganz automatisch und ohne Eingriff einer Bedienungsmannschaft durchführbar ist. Der Apparat

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kann weiterhin nach Beendigung der Verbrennung selber den Betrieb ausschalten, und die einzige erforderliche Form von Bedienung besteht im Entnehmen von Asche, wenn man dies nötig
hat, sowie Einführen einer neuen Portion Abfall zum Verbrennen, was zu jedem beliebigen Zeitpunkt nach Beendigung des vorhergehenden Verbrennungsvorgangs erfolgen kann.

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Claims (5)

1. Patentansprüche·

   Verfahren zum Verbrennen von Abfall, der portionsweise in "einen Verbrennungsofen eingeführt, entzündet und in einer Vergasungszone vergast wird, wobei die Vergasungsprodukte in einer separaten, von der Vergasungszone getrennten Nachbrerinungszone verbrannt werden, indem die Nachbrennungszone vor Entzünden des Abfalls in der Vergasungszone auf mindestens 800 G erhitzt und während der ganzen Verbrennungsperiode auf dieser Temperatur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungszone eine solche unterschussige Luftmenge zugeleitet wird, dass sich durch teilweises Verbrennen des Abfalls.gerade die für die Vergasung erforderliche Wärmemenge entwickelt und dass in die Nachbrennungszone ein Luftüberschuss eingeführt wird, der zum vollständigen Verbrennen der Vergasungsprodukte und gegebenenfalls auch zum Abkühlen des Rauchgases in einer nachfolgenden Zone ausreicht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Vergasungszone zugeleitete Luftmenge durch Einstellung eines konstanten Drucks an Düsen zum Einführen der Luft in die Vergasungszone angepasst wird.
3. 3. Apparat zur Durchführung des Verfahrens nach jedem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn ze ich.ne t, dass er aus einem Verbrennungsofen besteht, welcher eine Vergasungszone (1) mit einer Entζundungsvorrichtung (17), eine Nachbrennungszone (2) mit einer Heizvorrichtung (18) und ein zwischen den beiden Zonen liegendes Gasfilter (3) umfasst, wobei die Vergasungszone (1) durch eine im Verbrennungsofen enthaltene feuerfeste Ausfütterung (4) abgegrenzt ist, die Luftzu-IeitungsdIlsen (5) aufweist, durch die Luft von einem Mantel (6) zugeführt werden kann, und Nachbrennungszone (2) durch eine feuerfeste Ausfütterung (7) abgegrenzt ist, die Luftzuleitungsdüsen (8) von einem Mantel (9) aufweist.
4. 4. Apparat nach Anspruch 3, dadurch ge kennze ich-α e t, dass er mit Luftregelungsvorrichtungen (11, 13) zur Regelung der zugeführten Luftmengen für die Vergasungszone (1) bzw. die Nachbrennungszone (2) versehen ist.

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5. 5. Apparat nach Anspruch 3 oder 4,¹³Q¹³UrCh g e k e η nz e i c h η. e t, ,dass die feuerfeste Ausfütterung (7) aus einer keramischen Masse /besteht, Röhrend die feuerfeste Ausfütteimng (4) aus einem Metallbleeh aus einer wärmebeständigeti legierung, erwünschtenfalls mit einer Aussenisolierschlcht, besteht.

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