DE2412927C3

DE2412927C3 - Verfahren zum Regeln der Verbrennungsluftzufuhr bei einem Abfallverbrennungsofen mit vertikalem Verbrennungsschacht

Info

Publication number: DE2412927C3
Application number: DE2412927A
Authority: DE
Inventors: Risto Dipl.-Ing. Helke; Jorma Dipl.-Ing. Petaejistoe; Hakan Dipl.-Ing. Romantschuk; Tuomo Dipl.-Ing. Ruohola; Antti Dipl.-Ing. Forssa Salonen
Original assignee: Tampella Oy AB
Current assignee: Tampella Oy AB
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-03-18
Publication date: 1978-06-29
Also published as: FR2222610B1; FR2222610A1; FI50663B; AU477104B2; US3894497A; GB1457948A; SE385730B; DE2412927A1; DE2412927B2; AU6687474A; JPS508381A; JPS5227465B2; FI50663C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Verbrennungsluftzufuhr bei einem Abfallverbrennungsofen mit vertikalem Verbrennungsschacht, bei dem die Verbrennung des nach unten fallenden Abfalls auf einem Rost mit Hilfe von vorgewärmter Verbrennungsluft, die durch in der Wand des Vcrbrennungsschachtes in Ebenen unterschiedlicher Höhe über dem Rost vorgesehene Öffnungen zugeführt wird, bei derart hoher Temperatur stattfindet, daß die Asche schmilzt, und bei dem zur optimalen Verbrennung die Verbrennungsluft in etwa stöchiometrisch abgemessener Menge (Luftkceffizient nahe 1) und verteilt auf den Abfall, der im Bereich der in unterschiedlichen Höhen befindlichen Öffnungen liegt, jeweils in gesteuerter Menge zugeführt wird.

Zum Aufrechterhalten einer genügend hohen Temperatur in der Verbrennungszone eines Abfallverbrennungsofens ist es erforderlich, daß hinreichend Verbrennungsluft zum Erzielen der erforderlichen Verbrennungsintensität zugeführt wird. Vom Standpunkt des Verbrennungsvorganges ist die Mengenregelung der Primärluft besonders wichtig, zugleich aber ein schwer beherrschbarer Faktor. Dieses rührt daher, daß der Heizwert des Abfalls momentan in einem recht ausgedehnten Bereich variiert.

Nach der FR-PS 7 69 629 ist eine Schachtfeuerung bekannt, bei der alle Windkanäle in gleicher Höhe rund um die Verbrennungszone angeordnet sind. Die hierdurch erzielbare Verbrennungsleistung reicht aus, um organische Substanzen mit geringem Heizwert, wie z. B. Abfälle od. Fäkalien, zu veraschen. Zur Veraschung bzw. Verschlackung völlig unbrennbarer Bestandteile ist diese Art von Schachtfeuerung jedoch nicht geeignet.

Für diesen Fall müssen Heizstoffe dem Verbrennungsgut zugesetzt werden.

Die DE-AS 13 01 868 behandelt die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr und des Sauerstoffüberschusses in einem Abfallverbrennungsofen mit vertikalem Verbrennungsschacht, wobei die Verbrennung des nach unten fallenden Abfalls mit Hilfe von Verbrennungsluft bei einer derart hohen Temperatur stattfindet, daß die Asche schmilzt und wobei der Abfall auf einem Rost, an dem die Verbrennungsrückstände abfließen, in dem Verbrennungsschacht verbrannt wird, indem die Verbrennungsluft über dem Rost entweder durch eine dünnere oder durch eine stärkere Abfallschicht hindurchgeleitet wird, sofern der Sauerstoffgehalt entweder zu niederig oder zu hoch gehalten wird.

Der Ofen, wie in der DE-AS 13 01 868 gezeigt, ist mit mindestens zwei getrennten Windkästen ausgestattet, die durch je ein Gebläse mit unabhängig voneinander steuerbaren Mengen des Verbrennungsgases versorgbar sind, wobei die von den Windkästen ausgehenden Windkanäle in verschiedenen Höhen in die Verbrennungszone münden. Die von den vorerwähnten Gebläsen zu den Windkästen führenden Zuleitungen münden tangential in die Windkästen ein. Ein weiteres Merkmal nach der DE-AS 13 01 868 liegt darin, daß die Windkanäle schräg nach unten in die Verbrennungszone münden.

Die DE-AS 15 51836 beinhaltet eine Anlage zur Verbrennung organischen Abfallmaterials in einem Wirbelschichtofen mit einem Windkasten, einer luftdurchlässigen Einschnürungsplatte, einer Wirbelschicht auf der Einschnürungsplatte, einem Beruhigungsraum oberhalb der Wirbelschicht, einem Auslaß am oberen Ende des Beruhigungsraumes zur Abführung von Verbrennungsprodukten des verbrannten organischen Materials und einer Leitung zur Zuführung von organischem Abfallschlamm zum oberen Ende des Beruhigungsraumes. Diese Anlage zeichnet sich aus durch eine Sprühdüse in der Zuführleitung zur Lenkung des Schlammes gegen die Wand des Beruhigungsraumes. Diese Sprühdüse ist mit einer getrennten Einstellung ausgestattet, und zwar zur Veränderung des Austrittswinkels der Düse und der Teilchengröße der in dem Beruhigungsraum versprühten Schlammes.

An die Sprühdüse ist gemäß DE-AS 15 51 836 ein Zylinder angeschlossen zur senkrechten Einstellung der Düse in der Zuführleitung und Veränderung des Eintrittswinkels des organischen Abfa'ls in dem Beruhigungsraum. Dieser Zylinder ist zur kontinuierlichen senkrechten Hin- und Herbewegung des Sprühdüsenkegels eingerichtet.

Der bekannte Stand der Technik läßt eindeutig erkennen, daß es bisher nicht gerungen ist, eine optimale Verbrennung von Müll od. dgl. Abfälle durchzuführen. Hier setzt nun die Erfindung ein.

Die Aufgabenstellung bezweckt demzufolge, eine Lösung zu finden, um eine optimale Verbrennung des Abfalls, ungeachtet der momentanen Schwankungen im Heizwert, zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Verbrennungsluftzufuhr aufgrund des sich im Schmelzenfang ergebenden Sauerstoffgehaltes der durcl· den Rost abgeführten Rauchgase derart gesteuert wird, daß bei zu stark sinkendem Sauerstoffgehalt die den näher am Rost liegenden öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge vermehrt und die den weiter vom Rost abliegenden öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge im Maße dieser Vermehrung vermindert wird, und sobald der Sauerstoffgehalt der Rauchgase im Schmelzenfang zu hoch steigt, die den näher an Rost liegenden öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge vermindert und die den weiter vom Rost abliegenden öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge im Maße dieser Verminderung vermehrt wird.

Ein weiteres Merkmal nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist darin zu erblicken, daß der Menge des zu verbrennenden Abfalls im Ofen durch Verändern der Gesamtmenge der durch die öffnungen zugeführten Verbrennungsluft Rechnung getragen wird.

Der Verbrennungsofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß in jeder der zu den Kammern führenden Luftzuführungsleitungen ein Ventil zur Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr angeordnet ist und jedes dieser Ventile über eine Verstelleinrichtung mit einem Sauerstoffanalysator der durch den Sauerstoffgehalt der Rauchgase im Schmelzenfang gesteuert ist, regelbar in Wirkverbindung stehen.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung in schematischer Form als Vertikalschnkt dargestellt und nachstehend im Zusammenhang mit dem Verfahrensablauf beschrieben.

Der zu verbrennende Müll wird durch eine Einwurföffnung auf den Rost 2 im vertikalen Verbrennungsschacht des Ofens 1 geschüttet. Eine auf hohe Temperatur erwärmte Primärverbrennungsiuft wird durch öffnungen 3 oberhalb des Rostes 2 zugeführt. Die öffnungen 3 oberhalb des Rostes 2 befinden sich in zwei oder mehreren übereinanderliegenden Ebenen, wobei man durch die Kammern 4 Verbrennungsluft entweder dem oberen oder dem unteren öffnungskre's oder auch beiden zugleich über Ventile 5 zuführen kann.

Die heiße Luft entzündet den Müll, der auf dem Rost 2 ω in einer Zone mit hoher Temperatur verbrennt, so daß die anorganische Achse schmilzt und durch den Rost 2 hindurch in eine darunterliegende Auffangwanne fließt. Die heiße Schmelze fließt durch eine öffnung im Boden der Auffangwanne ab. Die Temperatur in der Auffangwanne liegt etwa bei 1300 bis 1500⁰C. Die Rauchgase strömen von der Auffangwanne weiter in eine nicht dargestellte Nachverbrennungskammer, welcher Sekundärluft im Übermaß zugeführt wird. Aui diese Weise wird die Vollständigkeit der Verbrennung gesichert. Die Temperatur in der Nachverbrennungskammer beträgt etwa 900 — 1000⁰C. Aus der Nachverbrennungskammer gelangen die Rauchgase in einen Verbrennungsluft Vorwärmer, wo die Temperatur der Primärluft auf 500 — 60O⁰C erhöht wird. Die abgekühlten Rauchgase strömen anschließend durch einen Dumpfkessel und einen Rauchgaswaschapparat in den Schornstein.

Hierbei sei bemerkt, daß das beschriebene Abfallverbrennungssystem bezüglich der Brennstoffe vollständig selbstversorgend ist, vorausgesetzt, daß der Heizwert des Abfalls nicht merklich vom durchschnittlichen Heizwert des Haushaltsabfalls abweicht.

Das Verbrennungsverfahren nach der Erfindung weist gegenüber den bekannten Abfallverbrennungsverfahren den Vorteil auf. daß infolge der hohen Verbrennungstemperatur die Verbrennungsprodukte einen hohen Reinheitsgrad besitzen. Der feste Abfall besteht aus erstarrter, in Wasser unlöslicher Schlacke, die als Füllerde ohne Gefährdung des Grundwassers verwendet werden kann. Die Rauchgase enthalten keine unverbrannten Gase. In den bekannten Abfallverbrennungsverfahren pflegt man allzu hohe Verbrennungstemperaturen gerade wegen der Schmelzenbildung zu vermeiden. Jedoch muß die Verbrennungstemperatur genügend hoch sein, damit die Verbrennung vollständig ist. Hierbei ist man gezwungen, in einem verhältnismäßig engen Temperaturbereich zu arbeiten. Die bei einer herkömmlichen Abfallverbrennungsanlage anfallende Asche enthält ferner wasserlösliche Salze, wodurch das Beseitigen der Asche mitunter Schwierigkeiten bereitet.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsofen eignet sich auch gut zum Vernichten verschiedenartiger Gifte. Die Temperatur ist in der Verbrennungszone des Ofens hoch genug und die Verweilzeit, z. B. zum vollständigen Anbau der chlorierten Bisphenyle, hinreichend lang.

Der Sauerstoffgehalt der Rauchgase in der Auffangwanne wird fortlaufend mit einem Sauerstoffanalysator 6 analysiert. Die Gesamtmenge der Primärluft wird nahezu konstant eingestellt, indem ein Ventil 7 sich in einer konstanten Stellung befindet. Die Menge des zur Verbrennung kommenden Abfalls bestimmt sich auf diese Weise. Wenn man dem Verbrennungsofen 1 eine konstante Luftmenge zuführt, so stellt man fest, daß bisweilen unverbrannte Luft in den Schmelzenfang gerät, wobei der Sauerstoffgehalt hoch ist, während mitunter die Luft völlig aufgebraucht wird und unverbrannte Gase in den Schmelzenfang gelangen. Beides hat zur Folge, daß die hohe Verbrennungstemperatur nicht aufrechterhalten werden kann.

Es hat sich auch ergeben, daß der Verbrennungsvorgang sich nicht dadurch beherrschen läßt, daß man die Primärluftmenge unter Steuerung durch den Sauerstoflgehalt der Rauchgase regelt. Dieses ist in erster Linie auf den variierenden Heizwert des Abfalls zurückzuführen.

Nach der vorliegenden Erfindung läßt sich die Verbrennung mittels eines Regelungssystems in folgender Weise beherrschen.

Der Sauerstoffanalysator 6 steht mit einer Verstelleinrichtung 8 in Wirkverbindung, welche mit Hilfe der Ventile 5 der oberen Kammer 4 mehr Verbrennungsluft /ufünrt, falls der Sauerstoffgehalt der Rauchgase zu hoch ist, und der unteren Kammer 4 mehr Verbrennungsluft zuführt, falls der Sauerstoffgehalt der Rauchgase zu niedrig ist. Diejenige Verbrennungsluft, die durch die oberen Öffnungen 3 zugeführt wird, muß

vor L-rreichen des Rostes 2 eine stärkere Abfallschicht durchdringen, wodurch der von dieser Luft herbeigetragene Sauerstoff vollkommen aufgebraucht wird. Dagegen strömt die durch die unteren Öffnungen 3 eingeführte Luft nur kurzstreckig, bevor sie den Rost 2 erreicht. Wird der überwiegende Teil der Verbrennungsluft durch die unteren Öffnungen 3 zugeführt, so steigt der Sauerstoffgehalt der Rauchgase im Schmclzenfang an.

Der vorbeschriebenc Vorgang ist auch so vorstellbar, daß beim Variieren der durch die oberen bzw. unteren

Öffnungen 3 zugeführten Luftmenge zugleich die Höhe der Verbrennungszone geregelt wird, d. h., man variier die im Verbrennungsvorgang liegende Abfallmengc Auf diese Weise kann man durch Verändern de.¹ Umfangs des vom Verbrennungsprozeß betroffener Bereiche feinfühlig die augenblicklichen Veränderungs tendenzen der Verbrennungstemperalur kompensieren die der variierende Heizwert des Abfalls verursacht.

Die da Verbrennungskapazität des Ofens entsprechende Gesamtlufimenge wird von Hand mittels de< Ventils 7 geregelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln der Verbrennungsluftzufuhr bei einem Abfallverbrennungsofen mit vertikalem Verbrennungsschacht, bei dem die Verbrennung des nach unten fallenden Abfalls auf einem Rost mit Hilfe von vorgewärmter Verbrennungsluft, die durch in der Wand des Verbrennungsschachtes in Ebenen unterschiedlicher Höhe über dem Rost vorgesehene Öffnungen zugeführt wird, bei derart hoher Temperatur stattfindet, daß die Asche schmilzt, und bei dem zur optimalen Verbrennung die Verbrennungsluft in etwa stöchiometrisch abgemessener Menge (Luftkoeffizient nahe 1) und verteilt auf den Abfall, der im Bereich der in unterschiedlichen Höhen befindlichen Öffnungen liegt, jeweils in gesteuerter Menge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftzufuhr aufgrund des sich im Schmelzenfang ergebenden Sauerstoffgehaltes der durch den Rost abgeführten Rauchgase derart gesteuert wird, daß bei zu stark sinkendem Sauerstoffgehalt die den näher am Rost liegenden Öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge vermehrt und die den weiter vom Rost abliegenden Öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge im Maße dieser Vermehrung vermindert wird, und sobald der Sauerstoffgehalt der Rauchgase im Schmelzenfang zu hoch steigt, die den näher am Rost liegenden Öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge vermindert und die den weiter vom Rost abliegenden Öffnungen zugeführte Verbrennungsluftmenge im Maße dieser Verminderung vermehrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Menge des zu verbrennenden Abfalls im Ofen durch Verändern der Gesamtmenge der durch die Öffnungen zugeführten Verbrennungsluft Rechnung getragen wird.

3. Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 mit der Luftzufuhr für den Verbrennungsschacht oberhalb des Rostes dienender, außen in unterschiedlicher Höhe über dem Rost liegender, je mit einer Luftzuführungsleitung versehener, ringförmiger Kammern und im Bereich jeder dieser Kammern liegender, und dort in gleicher Höhe über dem Rost durch die Wand des Ofens geführter Öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der zu den Kammern (4) führenden Luftzuführungslekungen ein Ventil (5) zur Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr angeordnet ist und jedes dieser Ventile (5) über eine Verstelleinrichtung (8) mit einem Sauerstoffanalysator (6), der durch den Sauerstoffgehalt der Rauchgase im Schmelzenfang gesteuert ist, regelbar in Wirkverbindung stehen.