DE2612796B2

DE2612796B2 - Vorrichtung zur rauchgaskuehlung in abfallverbrennungsanlagen, insbesondere muellverbrennungsanlagen ohne waermeverwertung

Info

Publication number: DE2612796B2
Application number: DE19762612796
Authority: DE
Inventors: Pierre Jona Jaccoud (Schweiz)
Original assignee: Von Roll AG
Current assignee: Von Roll AG
Priority date: 1975-04-29
Filing date: 1976-03-25
Publication date: 1977-09-08
Also published as: FR2309798B1; NL7604511A; DE2612796A1; US4080910A; CA1071931A; JPS51136378A; IT1059158B; FR2309798A1; CH585370A5; DE2612796C3; JPS5334434B2

Description

5S

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Rauchgaskühlung in Abfallverbrennungsanlagen, inbesondere Müllverbrennungsanlagen ohne Wärmever- ^₀ wertung, mit einem dem Verbrennungsofen nachgeschalteten Rauchgaskühler und diesem nachfolgenden Gasentstauber, wobei zur Vorkühlung der Rauchgase vor deren Eintritt in den Rauchgaskühler Sekundärluft in den Feuerraum des Verbrennungsofens eingeführt und in diesen zusätzlich eine als Kühlflüssigkeit dienende regelbare Wassermenge eingespritzt wird, wodurch im Feuerraum, nach Oxidation der brennbaren flüchtigen Anteile, die Rauchgase vorgekühlt werden und gleichzeitig deren Wassertaupunkt heraufgesetzt

^W'es ist bereits bekannt, bei Abfall-, insbesondere Müllverbrennungsanlagen mit Wärmeverwertung in einem dem Verbrennungsofen nachgeschalteten Abhitzekessel, bei denen die Durchsatzmenge des Brenngutes in Abhängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist, durch oberhalb des Verbrennungsrostes in den Ofenseitenwänden angeordnete Düsen Wasser in regelbarer Menge in den Feuerraum einzuspritzen, um durch Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Wassers bzw. Wasserdampfes die Rauchgase schon innerhalb des Feuerraums abzukühlen. Diesem Kühlverfahren lag die Aufgabe zugrunde, trotz des gestiegenen und ständig weiter anwachsenden Müllheizwertes, aber unter Weiterbenutzung der bereits vorhandenen Müllverbrennungsanlage, d. h. unter Beibehaltung der bisherigen Durchsatzleistung des Ofens, des bisherigen Luftüberschusses und der vorhandenen Rauchgasreinigungs- und Saugzuganlage ohne übermäßige Vergrößerung des Ranchgasvolumems durch Beimischung von Kühlluft sowie ohne komplizierten und teuren nachträglichen Einbau von Heizflächen in den Feuerraum die Feuerraumtemperatur derart niedrig zu halten, daß sie unterhalb des bei ca. 1000⁰C liegenden Ascheerweichungspunktes bleibt, urn dadurch ein Festkleben von teigig gewordener Flugasche an den Heizflächen des Abhitzekessels unter Bildung rasch wachsender tropfsteinartiger Beläge an den Kesselrohren, wie auch die durch Überschreitung der höchstzulässigen Feuerraumtemperatur bedingte thermische Überlastung und baldige Zerstörung des teuren Ofenmauerwerks zu vermeiden (CH-PS 4 28 063).

Auch ist es schon bekannt, zum Kühlen von Abgasen bei Müllverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung und mit einem dem Verbrennungsofen nachgeschalteten elektrostatischen Gasentstauber durch Eindüsen von Wasser direkt in den Ofen die Abgastemperatur zunächst auf ca. 600⁰C herabzusetzen und anschließend durch Ansaugen von Falschluft die Abgastemperatur weiterhin auf 300 bis 400⁰C abzusenken, um dadurch optimale Bedingungen für das nachgeschaltete Elektrofilter zu schaffen. Durch die Wassereindüsung und Luftzumischung sollen die Vorteile der für elektrostatische Staubabscheider optimalen Gaskonditionierung mittels Einspritz- oder Verdampfungskühler einerseits und der an sich recht einfachen Abgaskühlung durch bloße Falschluftbemischung andererseits miteinander verknüpft, zugleich aber die Nachteile dieser beiden Kühlverfahren, d. h. der große Materialverbrauch und die Notwendigkeit feuerfester Ausmauerungen für die Gasführungen beim Verdampfungskühler einerseits und die bei der Außenluftzumischung sowohl durch die stark vergrößerte Abgasmenge als auch durch die Taupunktherabsetzung notwendige, gegenüber der Wassereinspritzkühlung erheblich größere Auslegung der Elektrofilter andererseits vermieden werden (CH-PS 4 53 556).

Bei einem anderen, bereits bekannten Verbrennungsofen für Stadt- oder Industriemüll ohne Wärmeverwertung und mit einem dem Ofen nachgeschalteten Gasentstauber wird zur Kühlung der Rauchgase vor dem Elektroentstauber eine verlängerte Nachbrennkammer des Ofens zugleich auch als Einspritzkühler für Kühlwassereindüsung verwendet, wobei der Rauchgasabzug unmittelbar an den Elektroentstaubei angeschlossen werden kann. Diesem Kühlverfahren lag die

Aufgabe zugrunde, auf die neben bzw. getrennt von den Verbrennungsöfen aufgestellten, recht aufwendigen Verdampfungskühler, die überdies zur Vermeidung des Anfalls von Wasser bzw. feuchten Staub im unterhalb des Kühlers angeordneten S'aubbunker sehr aufwendige steuerungs- und regeltechnische Maßnahmen erfordern, zu verzichten und einen im Aufbau möglichst gedrungenen transportablen Verbrennungsofen zu schaffen, bei dem die Rauchgaskühlung schon im Innern des Ofens stattfindet und sowohl der Einspritzkühler _!0 wie auch der Gasentstauber gleichsam Teile des Verbrennungsofens, d. h. also in diesen integriert sind (DT-GM 66 02 128).

Gegenüber diesen bekannten Verfahren zur Kühlung von Rauchgasen aus Müllverbrennungsanlagen mit i< nachgeschaltetem Gasentstauber liegt der Erfindung, die eine Rauchgaskühlvorrichtung der eingangs genannten Art betrifft, die ganz andere Aufgabe zugrunde, auf möglichst einfache und wirtschaftliche Weise das zur Abkühlung und Konditionierung der Rauchgase in den Feuerraum des Verbrennungsofen einzudüsende Wasser so einzuspritzen, daß ohne die Gefahr von Verstopfung oder/und Korrosion des Düsenmundes durch Schmutzansatz eine möglichst weitgehende Zerstäubung des Wassers in feinste Tröpfchen erreicht wird, um dadurch einerseits im Feuerraum ein gleichmäßigeres Temperaturfeld über den ganzen Feuerraumquerschnitt und damit einen höheren thermischen Wirkungsgrad der Müllverbrennungsanlage zu ermöglichen und andererseits durch die Verkleinerung _Jo der Wassertropfengröße einen kürzeren Tropfenweg im Feuerrahmen bzw. eine kleinere Verdampfungsstrekke des eingespritzten Wassers unter Vermeidung örtlicher Mauerwerksabschreckungen durch Aufprall von Wassertropfen auf die heiße Ofenwand zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Eindüsung des Wassers gemeinsam mit der und durch die Sekundärluft zwecks Feinstzerstäubung des Wassers für ein gleichmäßiges Temperaturfeld im Feuerraum und zum Schutz der Wasserdüse vor Hitze und Schmutz vom Feuerraum her die Kühlvorrichtung aus mindestens einer in der den Feuerraum begrenzenden Ofenwand oberhalb des Verbrennungsrostes .angeordneten Mischdüse besteht und diese ein DUsenrohr für die Sekundärluft und ein in diesem Rohr koaxial angeordnetes und von ihm mantelförmig umschlossenes Düsenrohr für das Wasser besitzt, wobei die Sekundärluft- und Wassermenge durch in den Anschlüssen der beiden Düsenrohre angeordnete Regulierorgane in Abhängigkeit von Sollwerten für die mittlere Rauchgastemperatur im Feuerraum und den Wassertaupunkt der Rauchgase von Hand eingestellt oder in einem geschlossenen Regelkreis automatisch geregelt wird. Bei dieser Kühlvorrichtung wird also die ohnehin in den Feuerraum einzublasende Sekundärluft dazu verwendet, das einzuspritzende Wasser im Feuerraum in feinste Tröpfchen zu zerstäuben. Hierbei besteht erfindungsgeinäß eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung darin, daß zur Aufteilung der in den Feuerraum einzuführenden Sekundärluft- und Wassermenge vor deren Eintritt in den Feuerraum mehrere Mischdüsen für jeweils mindestens annähernd gleiches Luft/Wasser-Mengenverhältnis zu einem Düsenregister zusammengefaßt und die Düsenrohre für die Sekundärluft an einen gemeinsamen, von den Düsenrohren für das Wasser luftdicht durchsetzten Luftverteiler angeschlossen sind. Dadurch wird auch bei relativ großen Feuerräumen eine gleichmäßige Verteilung des eingesprühten Wassers über den ganzen Feuerraumquerschnitt gewährleistet Vorzugsweise wird das Düsenrohr für das Wasser im Düsenrohr für die Sekundärluft axial verschiebbar angeordnet, so daß der Abstand des Wasserdüsenmundes gegenüber dem Luftdüsenmund eingestellt werden kann, wodurch sich die Mischdüse auf die gewünschte Blas- und Zerstäubungscharakteristik justieren läßt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Müllverbrennungsanlage mit der angebauten Vorrichtung zur Rauchgaskühlung in einem vertikalen Längsschnitt durch den Ofen, und

Fig.2 eine Mischdüse für die Sekundärluft und das Wasser in einem Längsschnitt

Nach F i g. 1 besteht eine allgemein mit 1 bezeichnete Müllverbrennungsanlage ohne Wärmeverwertung im wesentlichen aus einem Verbrennungsofen 2, einem diesem nachgeschalteten und unmittelbar auf ihn aufgesetzten Rauchgaskühler 3 und einem diesem nachfolgenden, vorzugsweise als Elektrofilter ausgeführten Gasentstauber 4. Dem Ofen 2 wird über einen Einfülltrichter 5 der Müll zugeführt, der zunächst über einen der Vortrocknung, Erhitzung und Zündung dienenden Vorrost 6 und anschließend über den eigentlichen Verbrennungsrost 7 wandert, wonach die Verbrennungsrückstände in einen Aschenschacht 8 fallen. Durch eine Leitung 9 wird dem Ofen 2 Primärluft zugeführt, wobei ein Teil dieser Luft zur Trocknung und Zündung des Mülls unter den Vorrost 6 geführt und durch die daraufiiegende Müllschicht 10 hindurchgeblasen wird, während der restliche Primärluftteil durch den Verbrennungsrost 7 und die Müllschicht 10a in den Feuerraum 11 des Ofens 2 eingeblasen wird.

Eine als Zweistoffdüse ausgebildete Mischdüse 12 für Sekundärluft und Wasser, die zur Kühlung und Konditionierung der Rauchgase innerhalb des Feuerraumes 11 dient und von der in Fig.2 eine beispielsweise Ausführung im Längsschnitt dargestellt ist, ist hier in der Ofenrückwand 13 oberhalb des Verbrennungsrostes 7 angeordnet. Durch die Mischdüse 12 wird das Wasser zusammen mit der und durch die Sekundärluft in Form feinster Tröpfchen in die Rauchgase so eingesprüht, daß im Feuerraum 11 einerseits genügend Sauerstoff für die Nachverbrennung vorhanden ist und andererseits der Wassertaupunkt der Rauchgase auf mindestens 45° C heraufgesetzt und am Rauchgasaustritt des Feuerraums 11 eine mittlere Abgastemperatur von 650 bis 700⁰C eingehalten wird. Anschließend werden die im Feuerraum 11 so vorgekühlten Rauchgase im Gaskühler 3, dessen Rauchgasröhren außen von der Kühlluft 14 im Querstrom beaufschlagt werden, weiter auf eine zwischen 250 und 300° C liegende Temperatur heruntergekühlt, wodurch sie, im Verein mit der vorherigen Erhöhung des Wassertaupunktes auf wenigstens 45° C, für die nachfolgende Gasentstaubung im Elektrofilter 4 optimal konditioniert werden.

Die Verweilzeit des durch die Sekundärluft in feinste Tröpfchen zerstäubten und im Feuerraum 11 gleichmäßig verteilten Wassers beträgt etwa zwei Sekunden, wodurch die vollständige Verdampfung des eingedüsten Wassers gewährleistet und eine homogene Vorkühlung der Rauchgase im Feuerraum erreicht wird. Andererseits ist bei dieser gleichmäßigen Verteilung der Wassertröpfchen die Aufenthaltszeit der Rauchgase im Feuerraum 11 so gewählt, daß in diesem weder örtliche

Unterkühlungen noch Überhitzungen auftreten können.

Durch die eingeblasene Sekundärluft werden zudem die Rauchgase im Feuerraum 11 intensiv durchwirbelt, was die Nachverbrennung der in den Rauchgasen noch enthaltenen brennbaren flüchtigen Anteile unterstützt. Durch das Einsprühen von Wasser mittels der Mischdüse 12, z. B. 0,2 bis 03 kg Wasser/Nm³ Sekundärluft, wird einerseits die Einhaltung der höchstzulässigen Feuerraumtemperatur gewährleistet, andererseits aber eine übermäßige Vergrößerung des effektiven Abgasvolumens vermieden, so daß im Gegensatz zur bloßen Luftkühlung eine wesentlich größere Auslegung des dem Ofen 2 nachgeschalteten Rauchgaskühlers 3 und Elektrofilters nicht erforderlich ist.

Nach Fig.2 besteht die Mischdüse 12 im wesentlichen aus einem Düsenrohr 17 für die Sekundärluft und einem in diesem koaxial angeordneten und von ihm mantelförmig ringsum mit Abstand umschlossenen Düsenrohr 16 für das Wasser. Das Sekundärluftdüsenroh r 17, das die Ofenwand 15 und das außen an dieser vorgesehene Ofenblech 18 durchsetzt, mündet an der Innenseite der Ofenwand 15 in den Feuerraum 11 und ist außerhalb des Ofens an einen querverlaufenden rohrartigen Luftverteiler 19 angeschlossen. Das Wasserdüsenrohr 16 durchsetzt den Luftverteiler 19 luftdicht an der Stelle 19a und ist mit einem Wasseranschluß 20 versehen, während an einer Endpartie des rohrförmigen Luftverteilers 19 ein Anschlußstutzen 21 für den Einlaß der Sekundärluft vorgesehen ist Mehrere Mischdüsen 12 sind über die Länge des Luftverteilers 19 verteilt angeordnet und münden mit ihren beiden Düsenrohren 16 und 17 in den Feuerraum U, wobei deren gegenseitiger Mündungsabstand und damit die Blas- und Zerstäubungscharakteristik der Mischdüsen durch axiale Verstellbarkeit des Wasserdüsenrohres 16 im Luftdüsenrohr 17 den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden kann.

Der Wasseranschluß 20 und Luftanschluß 21 ist mit je einem eigenen, jeweils unabhängig für sich verstellbaren (in F i g. 2 nicht dargestellten) Regulierorgan versehen, so daß die in den Feuerraum 11 eingeführten Luft- und Wassermengen unabhängig voneinander von Hand eingestellt werden können. Die jeweils benötigte Luft- und Wassermenge könnte aber auch gemeinsam von einer zentralen Einstellvorrichtung aus auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse im Verbrennungsofen 2 (vgl. Fig. 1) einstellbar sein, oder die Sekundärluft- und Wasserzufuhr könnte in einem geschlossenen Regelkreis in Abhängigkeit von Sollwerten für die mittlere Rauchgastemperatur (z. B. 650⁰C) und den Wassertaupunkt der Rauchgase (z. B. 45° C), beide Temperaturen noch innerhalb des Feuerraums 11 in Nähe des Rauchgasaustritts gemessen, automatisch geregelt werden.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Kühlung der Rauchgase hat den wesentlichen Vorteil, daß das Wasser mittels der ohnehin in den Feuerraum einzublasenden Sekundärluft nunmehr in feinste Wassertröpfchen zerstäubt und zugleich im Feuerraum gleichmäßig verteilt wird. Dadurch wird gegenüber der bisher örtlich voneinander getrennt, d.h. je für sich allein vorgenommenen Wassereinspritzung und Lufteindüsung ein erheblich gleichmäßigeres Temperaturfeld über den ganzen Feuerraumquerschnitt und damit auch ein höherer thermischer Wirkungsgrad der Müllverbrennungsanlage erreicht. Zudem wird die Wasserdüsenmündung durch den sie mantelartig umschließenden Sekundärluftstrahl vor Hitzeeinwirkung und Schmutzansatz geschützt, wobei das noch kalte

ίο Wasser im Wasserdüsenrohr, wie auch die durch das Luftdüsenrohr gegebene allseitige Distanzierung des Wasserdüsenrohres von der heißen Feuerraumwand ihrerseits zur Kühlung des Wasserdüsenmundes beitragen und die mit hoher Geschwindigkeit aus dem

ij Luftdüsenrohr ausströmende Sekundärluft ein Ansetzen von Schmutz aus dem Feuerraum am Wasserdüsenmund verhindert, so daß also beide Mündungen der Mischdüse, d.h. nicht die des Luftdüsenrohres, vor Verschmutzung und Korrosion geschützt sind und somit die Mischdüse ihre Bias- und Zerstäubungscharakteristik, die zudem durch axiale Verstellbarkeit des Wasserdüsenrohres einstellbar sein kann, immer beibehält.
Ferner wird dadurch, daß das Wasser mittels der Sekundärluft zerstäubt wird, die Größe des einzelnen Wassertropfens gegenüber der bisherigen Wassereinspritzung erheblich verringert und dadurch infolge der kleineren kinetischen Energie des durch den Feuerraum fliegenden Wassertropfens der Tropfenweg im Feuerjo raum verkürzt, zugleich aber auch schon durch die minimale Tropfengröße selbst und die intensive Wärmeübertragung eine kurze Verdampfungsstrecke gewährleistet, so daß nunmehr ein Aufprallen von Wassertropfen auf die der Mischdüse gegenüberliegen-

de heiße Ofenwand und damit eine durch jähen Temperaturwechsel bewirkte örtliche Abschreckung des den Feuerraum begrenzenden hocherhitzten Mauerwerks mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, andererseits aber auch etwa durch Wandbenetzung und örtliche Taupunktunterschreitung der stets schwefelhaltigen Müllrauchgase verursachte Korrosionen des teueren Ofenmauerwerks vermieden werden.

Überdies hat sich gezeigt, daß die von den zur Gasentstaubung bereits im Feuerraum konditionierten Rauchgasen durchströmten Röhren des Rauchgaskühlers nunmehr viel weniger rasch und stark verschmutzen, so daß er nur noch selten gereinigt zu werden braucht und sich zudem jetzt auch erheblich leichter und bequemer reinigen läßt, da infolge der Rauchgaskondi-

so tionierung jetzt auch das so gefürchtete Anbacken des Schmutzes an der inneren Wandung der Kühlerröhren nicht mehr auftritt, jedenfalls lassen sich selbst be ungünstiger Müllzusammensetzung, wie die Praxi: gezeigt hat, auch insoweit Reisezeiten von mindesten; 2000 Betriebsstunden ohne weiteres erreichen, wobei e; zudem von Vorteil ist, daß sich die Kühlvorrichtunf samt zugehöriger Steuer- bzw. Regelapparatur auch noch nachträglich in bereits bestehende Abfall- bzw Müllverbrennungsanlagen einbauen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen '

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Rauchgaskühlung in Abfallverbrennungsanlagen, insbesondere Müllverbrer.nungsanlagen ohne Wärmeverwertung, mit einem dem Verbrennungsofen nachgeschalteten Rauchgaskühler und diesem nachfolgenden Gasentstauber, wöbe: zur Vorkühlung der Rauchgase vor deren Eintritt in den Rauchgaskühler Sekundärluft in den Feuerraum _lQ des Verbrennungsofens eingeführt und in diesen zusätzlich eine als Kühlflüssigkeit dienende regelbare Wassermenge eingespritzt wird, wodurch im Feuerraum, nach Oxidation der brennbaren flüchtiges Anteile, die Rauchgase vorgekühlt werden und gleichzeitig deren Wassertaupunkt heraufgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eindüsung des Wassers gemeinsam mit der durch die Sekundärluft zwecks Feinstzerstäubung des Wassers für ein gleichmäßiges Temperaturfeld im Feuerraum (11) und zum Schutz der Wasserdüse (16) vor Hitze und Schmutz vom Feuerraum (11) her die Kühlvorrichtung aus mindestens einer in den der Feuerraum (U) begrenzenden Ofenwandung (13, 15) oberhalb des Verbrennungsrostes (7) angeordneten Mischdüse (12) besteht und diese ein Düsenrohr (17) für die Sekundärluft und ein in diesem Rohr koaxial angeordnetes und von ihm mantelförmig umschlossenes Düsenrohr (16) für das Wasser besitzt, wobei die Sekundärluft- und Wassermenge durch in den Anschlüssen (20,21) der beiden Düsenrohre (16,17) angeordnete Regulierorgane in Abhängigkeit von Sollwerten für die mittlere Rauchgastemperatur im Feuerraum (11) und den Wassertaupunkt der Rauchgase von Hanrl eingestellt oder in einem geschlossenen Regelkreis automatisch geregelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufteilung der in den Feuerraum (H) einzuführenden Sekundärluft- und Wassermen- #> ge vor deren Eintritt in den Feuerraum mehrere Mischdüsen (12) für jeweils mindestens annährend gleiches Luft/Wasser-Mengenverhältnis zu einem Düsenregister zusammengefaßt und die Düsenrohre (17) für die Sekundärluft an einen gemeinsamen, von den Düsenrohren (16) für das Wasser luftdicht durchsetzten Luftverteiler (19) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (16) für das Wasser im Düsenrohr (17) für die Sekundärluft axial verschiebbar und dadurch der Abstand des Wasserdüsenmundes gegenüber dem Luftdüsenmund einstellbar ist.