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Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen fester oder flüssiger Abfallstoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen fester oder flüssiger Abfallstofte,
deren Verbrennungsrückstände bei den Verbrennungstemperaturen zum Zusammenkleben,
Sintern oder Schmelzen neigen, sowie eine Vorrichtung hierzu.
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Bekannte Aggregate für die Verbrennung fester oder flüssiger Abfallstoffe
sind beispielsweise der Wirbelschichtofen, der Etagenofen oder das Drehrohr. Diese
Öfen arbeiten zufriedenstellend, wenn die bei der Verbrennung entstehende Asche
durch Erreichen oder Schmelzen nicht zu Verklebungen oder Verbackungen führt.
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Für die Verbrennung solcher fester oder flüssiger Abfallstoffe, deren
anorganische Bestandteile zusammenkleben, sintern oder schmelzen, kann beispielsweise
beim Arbeiten in einem Wirbelschichtofen die Temperatur so weit gesenkt werden,
daß die störenden Einflüsse vermieden werden. Diese Temperatursenkung ist aber naturgemäß
nur in einem bestimmten Bereich möglich, da sonst die an die Verbrennung gestellten
Forderungen - vollständiger Ausbrand von Asche und Rauchgas - nicht mehr erreicht
werden0 Die zusammenklebenden, sinternden oder schmelzenden Bestandteile können
entweder von Anfang an in den Abfallstoffen enthalten sein oder sie bilden sich
bei der Verbrennung0
Abfälle, welche bei relativ niedriger Temperatur
klebrige Salzgemische aus Asche ergeben, sind in den üblichen Verbrennungsaggregaten
nicht mehr auszubrennen. Solche Abfälle enthalten zum Beispiel Gemische aus Natriumchlorid,
Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Natriumfluorid oder Kaliumchlorid.
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Die Schmelzpunkte dieser Salze liegen etwa im Bereich zwischen 600
und 6500C; ihre Erweichungstemperaturen liegen zum Teil niedriger, wobei beim Erreichen
auch ein störendes Zusammenkleben der Stoffe eintritt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Art und eine Vorrichtung hierfür zu schaffen, welche diese Abfallstoffe problemlos
zu verbrennen erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Abfallstoffe in
feinverteilter Form zusammen mit sauerstoffhaltigem Gas in einer Verbrennungskammer
bei Temperaturen von etwa 500 bis 1 2000C verbrannt und die Verbrennungsrückstände
mit den Rauchgasen und zusätzlicher Kühlluft, die zumindest teilweise in Strömungsrichtung
entlang der Wand der Verbrennungskammer geführt wird, abgezogen werden.
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Durch dieses Verfahren wird das Verklumpen der klebenden Bestandteile
wirksam verhindert, weil diese Bestandteile im Gas strom laufend aus der Verbrennungskammer
abgeführt werden. Die Kühlluft sorgt dafür, daß die Schmelz- bzwO Erweichungstemperatur
der anorganischen Bestandteile schnell unterschritten wird, gleichzeitig verhindert
sie ein Anbacken dieser störenden Stoffe an der Wand der Verbrennungskammer sowie
auch der nachfolgenden Abzugsleitung. Sobald die Klebetemperatur bei den Verbrennungsrückständen
unterschritten ist, können sie durch bekannte Einrichtungen aus dem Gasstrom abgeschieden
werden.
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Hat der Abfallstoff keinen ausreichend hohen Heizwert, kann fremder
gasförmiger oder flüssiger Brennstoff zugefeuert werden. Zveckmäßigerweise werden
die Abfallstoffe direkt in der Flamme verbrannt. Die Temperatur im Verbrennungsofen
kann z.B0 durch die Regelung des Zusatzbrennstoffs gesteuert werden Findet eine
Verbrennung ohne Zusatzbrennstoff statt, kann eine Regelung über die zugeführte
Abfallmenge erfolgen.
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Bei Abfallstoffen mit sehr hohem Heizwert wird die Temperatur durch
Zugabe von Wasser - entweder durch Vormischen mit dem Abfallstoff oder durch separate
Zuführung - geregelt Die einzustellende Verbrennungstemperatur ist zunächst abgängig
von den zu verbrannenden Abfallstoffen; um darüber hinaus auch ein genügend schadstofffreies
Rauchgas zu erzeigen, werden die Temperaturen zumeist im Bereich von 800 bis 1 0000C
liegen, bei Bedarf auch noch darüber. Aber auch im Temperaturbereich von 500 bis
8000C ist eine Verbrennung möglich und etwa dann sogar ers m scht, wenn die Asche
zur Erhaltung bestimmter physikalischer Eigenschaften nicht über eine bestimmte
Temperatur erhitzt werden soll. Nach Abscheiden der gekühlten Verbrennungsrückstände
können dann die Rauchgase nachverbrannt werden.
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Je nach Art der Asche und der eingestellten Verbrennungstemperatur
wird die Asche in der Flamme erweichen oder auch schmelzen. Die Gasgeschwindigkeit
im Ofen wird so eingestellt, daß die Verbrennungsrückstände vom Gasstrom mitgerissen
werden.
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Bei den vorgesehenen Verbrennungstemperaturen liegt die Ausbrennzeit
der Abfallstoffe etwa im Bereich von 1 bis 2 Sekunden.
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Nach dem Ausbrand der Asche wird diese durch Einblasen von kalter
Luft bis unter die Klebetemperatur abgekühlt und dann abgeschieden. Je nach Größe
der Anlage kann es erforderlich sein, die Kühlluft an mehreren Stellen einzublasen,
um so einen wirksamen Gasvorhang zum Vermeiden von Ascheansätzen an den Wänden des
Ofens zu erhalten
Die Gesamtlänge von Verbrennungskammer und nachgeschaltetem
Abzugskanal ist abhängig von der einzustellenden Gasgeschwindigkeit und der erforderlichen
Ausbrandzeit für die Abfallstoffe, Der Durchmesser des Ofens wird von der durchzusetzenden
Abfallmenge bestimmt Öfen mit kleinem Durchmesser erfordern mehr Einblasstellen
für kalte Luft als solche mit größerem Durchmesser, da bei ihnen leichter die Gefahr
besteht, daß noch heiße, klebende Verbrennungsrückstände an die Ofenwand gelangen
und dort asbackenO Durch das Einblasen der Kühlluft wird trotz Volumenkontraktion
durch Abkühlung des Rauchgases das Effektivvolumen der abziehenden Gase vergrößert0
Es kann deshalb zweckmäßig sein, von jeder Einblasstelle für Kühlluft an eine entsprechende
Erweiterung des Querschnitts der Verbrennungskammer bzw. des Abzugskanals vorzunehmen,
um damit die Gasgeschwindigkeit konstant zu halten. Ublicherweise wird jedoch der
Querschnitt der Verbrennungskammer bzw. des Abzugskanals nicht veränaert, so daß
die Gasgeschwindigkeit im Ofen in Stromungsrichoung zunimmt.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage
im Längsschnitt in schematischer Darstellung0 Feinkörnige Abfall-Feststoffe werden
aus dem Behälter 1 mit Hilfe eines Schneckenförderers 2 dosiert einer Leitung 3
zugeführt Mittels bei 4 eingespeister Druckluft werden die Feststoffe zu einer Spruhdüse
5 geleitet und in den Verbrennungsofen 6 hineinversprüht.
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Zum Verbrennen der Abfallstoffe wird fremder Brennstoff, z0B0 Erdgas,
durch die Leitung 7 in den Ofen gegeben, die im Ofen 6 die Spruhdüse 5 konzentrisch
umgibt.
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Die Abfallstoffe zusammen mit der Luft und dem Brennstoff verbrennen
im unteren Teil des vertikalen Ofens 6, der nachfolgend
auch als
Verbrennungskammer 6a bezeichnet wird0 Die Verbrennungsprodukte strömen im Ofen
6 nach oben in den Abzugskanal 6b und schließlich zum Abtrennen von Abgas und Feststoffen
in einen Abscheider 80 In der Zeichnung ist der Abscheider als Zyklcn ausgebildet,
der eine Abgasleitung 9 und eine Ascheaustragsleitung 10 aufweist.
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Sowohl zum Kühlen der Verbrennungsprodukte als auch zum Vermeiden
von Anbackungen an der Innenwand des Ofens weist dieser an mehreren Stellen Zuleitungen
11 bis 15 für kühle Luft auf.
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Die Kühlluft der Leitung 11 tritt in den Ofen 6 hinein durch Öffnungen
16 zwischen der Ofenwand und einem Leitblech 17 aus.
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Im wesentlichen strömt austretende Luft nach oben entlang der Ofenwand;
ein Teil dieser Luft kann auch an der Verbrennung im Bereich der Verbrennungskammer
6a teilnehmen0 Die in den Leitungen 12 bis 14 herangeführte kühle Luft, üblicherweise
von Umgebungstemperatur, wird jeweils durch Ringleitungen 12a, 13a und 14a mit nach
oben gerichtten Austrittsöffnungen in den Ofen 6 geleitet. Diese Kühlluft strömt
ebenfalls mindestens zum Teil nach oben entlang der Ofenwand und verhindert dort
Anbackungen von Verbrennungsrückständen.
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Gleichzeitig kühlt diese Luft die Verbrennungsrückstände und Rauchgase,
so daß die Ascheteilchen si.eit abgekühlt werden, daß sie auf ihrem weiteren Strömungsweg
nicht mehr zusammenbacken oder zusammensintern können. Im Ofen 6, der im wesentlichen
eine zylindrische Form hat, nimmt durch die stufenweise Zuleitung von Kühlluft nach
oben hin die Strömungsgeschwindigkeit immer mehr zu. Die Strömungsgeschwindigkeit
im Ofen wird mindestens so hoch gehalten, daß die Aschetilchen nach oben gefördert
werden.
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Wo der Abzugskanal 6b in die Zuleitung zum Abscheider 8 übergeht,
befindet sich eine weitere Leitung 15 zum Einspeisen von Kühlluft, Auch diese Luft
dient vor allem zum Kühlen der Asche und Verhindern von Anbackungen an den Wänden,
dazu begünstigt ihre Strömungsrichtung die Umlenkung der aufsteigenden Gase und
Feststoffe in den Abscheider 8 hinein.
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Das Bauprinzip des Ofens 6 ist natürlich auch für flüssige Abfallstoffe
geeignet, die z.B. über eine nicht dargestellte Pumpe in die Verbrennungskammer
6a hinein versprüht werden.
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Beis-Piel In einem in der Zeichnung dargestellten senkrechten zylindrischen
Ofen 6 mit einem Durchmesser von 0,5 m wird von unten über einen in der Mitte angeordneten
Brenner ein fester, körniger Abfallstoff, der beim Eindampfen eines Abwassers erhalten
wurde, eingeblasen. Bei der Verbrennung bei Temperaturen von etwa 850°C entsteht
eine Asche folgender Zusammensetzung: 80 % Na2S04 7 % NaCl 4 5o Na2C03 9 ,4 K2S04
Der Abfallstoff konnte in einem Wirbelofen nicht verbrannt werden, da schon bei
5000C Verklebungen auftraten, Pro Stunde werden 100 kg dieses Abfallstoffs, der
einen unteren Heizwert von 600 kcal/kg aufweist, zusammen mit 100 Nm3/h Luft durch
die Leitung 3 in die Verbrennungskammer 6a des Ofens 6 gelben. Der Brenner des Ofens
besteht aus zwei konzentrischen Rohren, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.
Durch das äußere Rohr 7, das an seinem Mündungsende brennergerechte Bohrungen enthält,
strömen 2,5 Nm3/h Erdgas ein. Über die Leitung 11 werden weitere 50 Nm3/h Luft aufgegeben.
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Der Luftbedarf für 100 kg Abfallstoff und 2,5 Nm3 Erdgas beträgt theoretisch
87 Nm3, so daß der Brenner selbst schon mit ca. 15% Luftüberschuß betrieben wird,
wobei durch die über die Leitung 11 vom Ofenboden aus zusätzlich aufgegebenen 50
Nm3 Luft der Luftüberschuß auf ca. 70 o,6 ansteigt. In Abständen von jeweils 1,5
m über dem Brenner sind weitere drei Einblasleitungen 12a bis 14a angeordnet, durch
welche jeweils 150 Nm3 Luft in den
Ofen eingeleitet werden. Die
Leitungen enthalten Bohrungen, die eine gleichmäßige Verteilung der Luft über den
gesamten Umfang gewährleisten. Die Bohrungen sind so angeordnet, daß ca. 80 % der
Luft senkrecht nach oben austritt und die restlichen 20 °% durch seitliche Bohrungen
etwa rechtwinklig zum Gasstrom ausgebisen werden. Durch die so geführte Kühlluft
werden die festen Verbrennungsrückstände von der Ofenwand abgehalten.
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Im Kopf des Ofens 6 werden durch die Leitung 15 rechtwinklig zum Gasstrom
weitere 50 Nm3/h Kühlluft eingeblasen und das Abgas, dessen Temperatur in diesem
Bereich auf etwa 4000C gefallen ist, anschließend in einem Zyklon 8 entstaubt.
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Die anfallende Asche ist weiß und voll ausgebrannt. Verklebungen,
Verschmelzungen oder Ansätze treten im Ofen 6 nicht auf.
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Das etwa 4Q0°C heiße Abgas wird aus der Leitung 9 zur Weiterbehandlung
einem bekannten Naßwäscher zugeführt. Dabei wird neben der Feinentstaubung der gesamte
Wärmeinhalt zur Voreindampfung des Abwassers genutzt
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