DE2732588C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Veraschen von Abfallmaterial. Die Erfindung eignet sich neben anderen möglichen Verwendungen insbesondere für die kontinuierliche Veraschung von Abwasserschlamm, städtischem, industriellem oder kommunalem Müll, Abfall oder Rückständen.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verbrennen von veraschbarem Abfallmaterial und ein entsprechender Ofen sind aus US-PS 39 05 757 bekannt. Dabei handelt es sich um einen Ofen mit einer Vielzahl von vertikal voneinander in Abstand befindlichen Herden. Bei einer solchen Anlage wird das Abfallmaterial in das obere Ende des Ofens eingegeben und bewegt sich dann grundsätzlich serpentinenförmig alternativ nach innen und nach außen über die Herde nach unten, wonach es am unteren Ende des Ofens ausgeführt wird. Aufgrund des Umstandes, daß die mittleren Herde leicht über die baulichen Auslegungsgrenzen des Ofens hinaus erhitzt werden, waren mit solchen Öfen Probleme verbunden. Um diese Probleme zu beseitigen, war es bislang für nötig erachtet worden, am unteren Ende des Ofens mehr Luft oder Sauerstoff als zur Verbrennung erforderlich einzugeben. Derartige Anlagen arbeiteten daher häufig mit einem am unteren Ende des Ofens zugeführten Luftüberschuß von 100%, damit der zentrale Ofenbereich auf die zulässigen Temperaturgrenzen abgekühlt wurde. Dabei wurde festgestellt, daß dieser Luftüberschuß leicht Schadstoffe mitreißt und in die vom Ofen abgegebenen Abgase befördert. Andererseits besteht die Notwendigkeit, eine Luftverschmutzung weitestgehend zu vermeiden, so daß große und teure Skrubber oder andere abgasreinigende Vorrichtungen erforderlich waren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, bei welchen eine Überhitzung der Herde und eine übermäßige Luftzufuhr vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und die Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 4 gelöst. Die Unteransprüche 2 und 3 beinhalten bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Abgase vom oberen Ende des Ofens einer Heißgas-Reinigungseinrichtung und danach einen Nachbrenner unter gleichzeitiger Zufuhr von Luft zum Nachbrenner zugeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in der Zeichnung eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung zum Veraschen von Abfallmaterial im Axialschnitt dargestellt ist.

In der Zeichnung ist ein mehrere Herde umfassender Ofen 10 von grundsätzlich zylindrischer Gestalt dargestellt. Bei dem Ofen kann es sich z. B. um eine Bauart handeln, wie sie im Detail in der US-PS 39 05 757 beschrieben wird. Der Ofen ist aus einem rohrförmigen Außengehäuse 12 aus Stahl aufgebaut, das mit feuerfesten Steinen oder einem anderen ähnlichen wärmebeständigen Material 14 ausgekleidet ist. Der Ofen weist eine Vielzahl von Brennerdüsen 16 auf, wobei eine oder mehrere Düsen an einem oder mehreren Herden, wenn er­ forderlich, für den anfänglichen Anlaufbetrieb und zur Steue­ rung der Temperaturen in den unterschiedlichen Ofenzonen zur Durchführung der bestimmten gewünschten Behandlung vor­ gesehen sind. Jede geeignete Brennstoffart kann den Brennern zugeführt werden.

Das Innere des Ofens 10 ist mittels der Herdböden 20 und 22 in eine Vielzahl von vertikal ausgerichteten Herden aufge­ teilt, wobei die Anzahl an Herden je nach dem bestimmten vor­ zunehmenden Behandlungsprozeß vorgewählt wird. Jeder Herd­ boden besteht aus einem feuerfesten Material und hat vorzugs­ weise eine leicht gewölbte Gestalt, so daß er im Ofen selbst­ tragend ist. Äußere Fallöcher 24 sind nahe dem Außengehäuse 12 des Ofens vorgesehen, während zentrale Fallöcher 26 an abwechselnden Herdböden 22 nahe der Ofenmitte ausgebildet sind.

Wie in der Zeichnung gezeigt, erstreckt sich eine drehbare vertikale zentrale Welle 28 axial durch den Ofen 10 und ist durch eine obere bei 30 angedeutete Lagereinrichtung und eine untere Lagereinrichtung 32 gehalten. Diese zentrale An­ triebswelle wird durch einen Elektromotor und einen Zahnrad­ antrieb 34 in Drehbewegung versetzt. Eine Vielzahl von beab­ standeten Rührarmen 36 ist an der zentralen Welle 28, wie bei 38 gezeigt, angebracht und erstreckt sich nach außen in jedem Herd über den Herdboden. Die Rührarme sind mit Rühr­ zähnen 40 versehen, die sich nach unten bis nahe dem Herd­ boden erstrecken. Die Rührzähne liegen geneigt zur Längsachse von dem betreffenden Rührarm, so daß bei der Umlaufbewegung der Rührarme 36 durch die Rotation der zentralen Welle 28 die Rührzähne 40 kontinuierlich das auf dem betreffenden Herd­ boden in Behandlung befindliche Material durchschüren und das Material allmählich zu den Fallöchern 24 und 26 in den Herdboden gedrückt wird.

Das zu behandelnde Material gelangt in das obere Ende des Ofens über einen Einlaß 42 und läuft durch den Ofen grund­ sätzlich serpentinenförmig nach unten, indem es abwechselnd nach innen und nach außen gerichtet über die Herde läuft, und wird schließlich bei 44 am unteren Ende des Ofens abgegeben.

In Wirklichkeit ist der Ofen in vier Zonen aufgeteilt. Diese Zonen sind jedoch nicht scharf voneinander getrennt, sondern hängen von der Eigenschaft des zu behandelnden Materials ab. Bei Behandlung von beispielsweise Abwasserschlamm stellt die erste oder obere Zone 46, bestehend aus den ersten paar Herden, eine Trocknungszone, und die zweite Zone 48, bestehend aus den nächsten paar Herden, eine Verkohlungs- oder Verbrennungszone für flüchtige Bestandteile dar. Die dritte Zone 50 ist eine Verbrennungszone für festen Kohlenstoff und die vierte Zone 52 eine Kühlzone für die Asche.

Erfindungsgemäß sind eine oder mehrere Luftdüsen 54 an jedem Herd vorgesehen. Der Luftstrom durch die Düse wird von einem Ventil 56 gesteuert, das von einem Steuerglied 58 betätigt wird. Das Steuerglied erhält als Eingang das Signal von einem Temperaturfühler oder Thermoele­ ment 60 und als weiteren Eingang 62 das Signal von dem Steuerglied für den nächsten benachbarten darüberliegenden Herd.

Beim Betrieb wird erfindungsgemäß weniger Luft als für die Verbrennung theoretisch erforderlich, durch die Düse 54 in den untersten Herd eingeführt, wobei es sich beispielsweise um einen Betrag von 75% der theoretisch erforderlichen Luft handeln kann. Danach wird bei jedem nachfolgenden Herd des­ sen Temperatur durch das Thermoelement 60 bestimmt. Das Steuerglied 58 läßt nur soviel Luft in den Herd hineingelan­ gen, wie erforderlich ist, um die Verbrennung soweit ablaufen zu lassen, daß die vorbestimmte Temperatur beibehal­ ten wird. In der Verbrennungszone 50 für den festen Koh­ lenstoff und in der Verkohlungs- oder Verbrennungszone 48 für die flüchtigen Bestandteile erlaubt das Steuerglied 58 entsprechend der Beaufschlagung durch das Thermoelement 60 den Eintritt von nur soviel Luft durch das Ventil 56 und aus der Düse 54, daß die Temperatur an diesen Herden unterhalb derjenigen bleibt, die durch die baulichen Eigenschaften des Ofens zugelassen ist; eine solche Temperatur kann beispiels­ weise in der Größenordnung von etwa 982°C liegen. Daher werden diese Herde durch Betrieb in einer Atmosphähre mit einem Mangel an Luft oder Sauerstoff in ihrer Temperatur begrenzt, d. h. es ist weniger Luft oder Sauerstoff vorhanden, als für eine vollständige Verbrennung erforderlich. Darin unterscheidet sich die Erfin­ dung von bekannten Anlagen, bei denen die Kühlung mittels eines Luftüberschusses erfolgt. In den mittleren Herden des Ofens öffnet sich, wenn die Tempe­ ratur unter einen bestimmten Wert von z. B. 982°C, gemessen durch das Thermoelement, fällt, das Ventil 56, so daß in den Ofen mehr Luft hineingelangen kann und damit die Verbrennung auf die vorbestimmte Grenze erhöht wird. Bei Aufwärtsbewe­ gung im Ofen wird in einem gewissen Herd in der zweiten Zone die Temperatur unterhalb der bestimmten Temperaturgrenze ab­ fallen, doch ist das Steuerglied schon auf maximalen Durchfluß eingestellt. Diese Information wird über die Verbindung 62 dem Steuerglied 58 am nächsten darüberliegenden benachbar­ te Herd eingegeben, so daß das Steuerglied des nächsten benachbarten darüberliegenden Herdes nicht mehr einem maxima­ len Luftdurchfluß verlangt, sondern den Luftdurchsatz herab­ setzt. Auch fällt in einem gewissen Herd in der dritten Zone die Temperatur unterhalb der bestimmten Temperaturgrenze, und wird das Steuerglied auf maximalem Durchfluß stehen. Diese Information wird über die Verbindung 62 dem Steuerglied 58 am nächsten benachbarten darunterliegenden Ofen eingegeben, so daß das Steuerglied des nächsten benachbarten unteren Herdes nicht mehr nach einem maximalen Luftdurchsatz verlangt, son­ dern die Luftströmung herabsetzt. Nahe dem oberen Ende des Ofens ist die Luftzufuhr sehr begrenzt oder insgesamt diskon­ tinuierlich, und es findet ein Abfluß von überschüssiger Luft durch den Abgasauslaß 64 statt. Wenn die Temperatur in den oberen Herden in der Trocknungszone 46 unter ein minimales Trock­ nunsniveau von beispielsweise etwa 260°C abfällt, kann mit­ tels der Brennerdüse 16 Brennstoff zugeführt werden, um die Temperatur auf diesem Niveau zu halten und die gewünschte Trock­ nung des einströmenden Materials vorzunehmen.

Daraus folgt, daß die Menge an überschüssiger Luft, die mit den den Ofen durch den Auslaß 64 verlassenden Abgasen vermischt ist, wesentlich kleiner als bei bekannten Systemen ist, und da­ mit die Größe von nachfolgenden Reinigungsvorrichtungen, z. B. Skrubbern, wie sie für die Nachbehandlung des Abgases notwen­ dig sind, wesentlich herabgesetzt wird. Desweiteren werden, da die Verbrennungsstufe, insbesondere die Verbrennung von festem Kohlenstoff, im Ofen nach unten verlagert worden ist, weniger feste Partikel von den nach oben zum oberen Ende des Ofens strömenden Gasen mitgerissen. Desweiteren verbrennen die organischen Dämpfe im Ofen auf einem niedrigen Höhen­ niveau, so daß sie weitestgehend verbrannt sind, bevor sie das obere Ende des Ofens erreichen und durch den Abgasaus­ laß 64 austreten.

Bei dem für die Brenner 16 verwendeten Brennstoff kann es sich um irgendeine geeignete Art, z. B. Öl oder Naturgas, handeln, und es können sogar gewisse Arten von Abfallstoffen der Mitte des Ofens hinzugegeben werden.

Bei der Behandlung von beispielsweise Abwasserschlamm, ent­ hält der in den Ofen bei 42 eintretende Schlamm etwa 25 bis 40% Feststoffe, so daß wenig oder gar kein brennbares Material in den Abgasen verbleibt und das Ventil 66 geschlossen und das Ventil 68 geöffnet wird, so daß die Gase direkt zu der nach­ folgenden nicht gezeigten Gasreinigungsvorrichtung gelangen. Für den Fall, daß der in den Ofen bei 42 hineingelangende Schlamm relativ trocken ist, können in dem den Auslaß 64 ver­ lassenden Abgas Kohlenwasserstoffe zurückbleiben. In diesem Fall wird das Ventil 68 geschlossen und das Ventil 66 geöffnet, so daß die Abgase zu Gasreinigungsvorrichtung 70 ström­ men, die irgendeinen herkömmlichen Aufbau haben kann. So kann es sich z. B. um einen Heißzyklonabscheider, eine elektrostatische Ausfällvorrichtung oder einen heißen mechanischen Filter han­ deln. Danach werden die Abgase zu einem Nachbrenner 72 gelei­ tet, wo zur vollständigen Verbrennung Luft hinzugeführt wird. Dieses System hat mehrere Vorteile, da bei Hinzufügung des Luftüberschusses im Nachbrenner die Abgase bereits vom festen Material im Ofen getrennt sind, so daß der Austrag an festen Partikeln nicht mehr erhöht wird. Daher kann der Nachbrenner unter Gasverwirbelung betrieben werden, was zu einer reine­ ren und wirksamen Verbrennung der Gase ohne Einschluß von Feststoffen führt.

Durch die Erfindung ist somit ein neues und verbessertes System zur Veraschung von Abfallmaterial geschaffen worden, bei dem ein geringeres Volumen an aus Gründen der Luftverschmut­ zung zu reinigenden Abgasen anfällt, bei der Verbrauch von Zusatzbrennstoff begrenzt ist und daher Brennstoff für andere Zwecke eingespart wird, und das mit niedriger Tem­ peratur arbeitet, wodurch die Lebensdauer der Anlage verlängert wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben eines Ofens (10) mit mehreren ver­ tikalen beabstandeten Herdböden (20, 22), bei dem am oberen Einlaß (42) veraschbares Abfallmaterial eingegeben wird, das sich dann im wesentlichen serpentinenartig abwechselnd nach innen und nach außen über die Herdböden (20, 22) nach unten bewegt und am unteren Ende (44) des Ofens (10) abgegeben wird, und am unteren Ende des Ofens Luft zugeführt und am Kopf (64) des Ofens Abgase abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) am unteren Ende des Ofens die Luft in einer kleineren Menge, als theoretisch für die vollständige Verbrennung des Abfalls erforderlich ist, einführt,
• b) an aufeinanderfolgenden höher liegenden Herdböden auf jedem Herdboden die Temperatur bestimmt und Luft nur in einer für die Verbrennung zur Beibehaltung einer vorbe­ stimmten Temperatur ausreichenden Menge zuführt,
• c) zu jedem Herdboden im mittleren Teil des Ofens nur so viel Luft zuführt, daß die Temperatur an diesen Herd­ böden die vorbestimmte Grenze nicht übersteigt,
• d) die Luftzufuhr zum nächsten benachbarten oberen Herd­ boden im mittleren Teil des Ofens herabsetzt, wenn die Temperatur bei einem Herdboden unterhalb der oberen be­ stimmten Grenze fällt und der Luftdurchsatz zu diesem Herdboden sich auf einem maximalen Wert befindet, und
• e) die Luftzufuhr zum nächsten nachfolgenden unteren Herd­ boden im unteren mittleren Teil des Ofens herabsetzt, wenn die Temperatur von einem Herdboden unterhalb der oberen bestimmten Grenze fällt und sich der Luftdurch­ satz zu diesem Herdboden auf einem maximalen Wert be­ findet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luft am unteren Ende des Ofens in einer Menge von etwa 75% der theoretisch für eine vollständige Verbrennung erforderlichen eingegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur 982°C beträgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem Ofen (10) mit einer Vielzahl von vertikal übereinander angeordneten, voneinander beabstandeten Herden (20, 22), einer sich durch die Mitte des Ofens und durch jeden Herd erstreckenden drehbaren Welle (28), einer Vielzahl von Rührarmen (36), die an der zentralen Welle befestigt sind und sich radial nach außen über jeden Herd erstrecken, wobei abwechselnde Herde nahe der zentralen Welle angeordnete Fallöcher (26) und nahe deren äußeren Umfang angeordnete Fallöcher (24) aufweisen, einem am Ofen vorgesehenen oberen Materialeinlaß (42) und einem unteren Materialauslaß (44), sowie einem oberen Abgasauslaß (64) und Brennerdüsen (16) an den Herden, gekennzeichnet dadurch, daß an jedem Herd eine Einrichtung (60, 62) zur Bestimmung der Temperatur, eine Einrichtung zur Zufuhr von Luft, sowie eine Einrichtung (54, 56, 58) zur Steuerung der Zufuhr der Luft vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Abgase vom Abgasauslaß (64) zu einer Reinigungsvorrichtung (70) führt, einen Nachbrenner (72), eine Einrichtung die die Gase von der Reinigungseinrichtung zum Nachbrenner führt, und eine Einrichtung zur Zufuhr von Luft zum Nachbrenner.