DE2735107A1

DE2735107A1 - Verbrennungsofen fuer abfaelle

Info

Publication number: DE2735107A1
Application number: DE19772735107
Authority: DE
Inventors: Werner Jablonski; Heinz Mallek
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1979-02-08
Also published as: GB2002888B; GB2002888A; US4184437A; SE7808369L; FR2399612B2; JPS5428482A; DE2735107C2; SE440140B; JPS6158725B2; FR2399612A2

Description

Zusatz zur Patentanmeldung P 26 04 409.7-13 Verbrennungsofen für Abfälle

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsofen für Abfälle mit einem zentralen Schacht zur Aufnahme der Abfälle, einer unterhalb des Schachtes angeordneten, einen verschlossenen Boden aufweisenden Brennkammer, bei dem der übergang zwischen dem zentralen Schacht und der Brennkammer als Engstelle derart ausgebildet ist, daß die Abfälle zur Trocknung und Entgasung und bis zu ihrer Verbrennung oberhalb der Engstelle im zentralen Schacht verbleiben, im wesentlichen nur Ascheteile durch die Engstelle nach unten in die Brennkammer gelangen und auch die aus dem Schacht nach unten abgezogenen Gase durch die Engstelle in die Brennkammer geführt werden, bei dem an der Engstelle und im unteren Teil des Schachtes oberhalb der Engstelle FrischluftZuführungen münden, bei dem die in der Brennkammer gebildeten Rauchgase über Austrittsöffnungen im Abzugsraum der Brennkammer zu einem Rauchabzug geführt sind und der Abzugsraum so ausgebildet ist, daß er den zentralen Schacht umschließt und bei dem in dem Schacht eine Einrichtung zur Bewegung der Abfälle vorgesehen ist, gemäß Patentanmeldung P 26 OM MO9.7-13.

Aus der OB-PS 1 365 125 ist ein Verbrennungsofen für Abfälle bekannt, der einen zentralen Schacht zur Aufnahme der Abfälle und eine unterhalb des Schachtes angeordnete, einen verschlossenen Boden aufweisende Brennkammer mit in dem sich unmittelbar an den Schacht

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anschließenden Teil der Brennkammer vorgesehenen Frischluft Zuführungen aufweist. Bei diesem bekannten Verbrennungsofen ist der übergang zwischen dem zentralen Schacht und der Brennkammer als Engstelle ausgebildet« und die in der Brennkammer gebildeten Rauchgase werden über Austrittsöffnungen im Abzugsraum der Brennkammer zu einem Rauchabzug geführt. Dabei befindet sich an der Übergangsstelle zwischen zentralem Schacht und der Brennkammer ein Rostelement, durch dessen Anordnung an der Übergangsstelle hinsichtlich des Abfallmaterials insofern eine Engstelle gebildet wird, als oberhalb des Rostelementes die Abfallmaterialien gestaut werden und die Abfallmaterialien, ausgehend von dem Rostelement, in eine Schüttung auslaufen. Hinsichtlich der Gase ist bei dem bekannten Verbrennungsofen, da das Rostelement für Oase durchlässig ist, jedoch keine Engstelle vorhanden .

Dieser bekannte Verbrennungsofen ist für die Durchführung eines Verfahrens vorgesehen, bei dem die Abfälle in dem zentralen Schacht gestaut, durch Erhitzen getrocknet und entgast werden und bei dem die bei der Trocknung und Entgasung gebildeten Abgase in der Brennkammer unter Zufuhr von Frischluft verbrannt werden. Dabei werden sowohl die von unten durch das Rostelement geführte Frischluft als auch die oberhalb der Engstelle in den Schacht eingeleitete Frischluft nach oben in die Abfallsäule geführt sowie die in der Abfallsäule

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gebildeten Abgase nach oben abgesaugt und gesonderten Einrichtungen zur Aufarbeitung der Abgase zugeleitet. Bei dieser Ausbildung des bekannten Verbrennungsofens ist es jedoch nicht möglich, die Verbrennung der Abfälle so zu steuern, daß die im Abfallmaterial enthaltene Wärmeenergie zur Verbrennung von Abfällen üblicher Zusammensetzung hinreicht. Vielmehr ist es bei der bekannten Einrichtung erforderlich, zusätzliche in die Wandung der Brennkammer angeordnete Brenner zu verwenden, durch die Premdbrennstoff in die Brennkammer eingeleitet wird.

Demgegenüber ist der Verbrennungsofen gemäß der Hauptpatentanmeldung zur Durchführung des in der Hauptpatentanmeldung ebenfalls angegebenen Verfahrens vorgesehen, das sich von dem bekannten Verfahren darin unterscheidet, daß die Abfälle in dem Schacht unter Luftabschluß erhitzt werden, daß den erhitzten Abfällen und den bei der Erhitzung der Abfälle gebildeten Abgasen vor der Engstelle aufgeheitzte Frischluft im unterstöchiometrischen Mengenverhältnis zugeführt wird, daß die Abgase nach unten durch die Engstelle abgezogen werden und daß den Abgasen und den entgasten Abfällen zu deren gemeinsamen Verbrennung an der Engstelle weitere Frischluft zugeführt wird, so daß durch die Engstelle im wesentlichen nur Ascheteile nach unten in die Brennkammer gelangen.

Bei dem Verbrennungsofen gemäß der Hauptpatentanmel-

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dung werden somit die Abfälle im oberen Teil des zentralen Schachtes zunächst unter Luftabschluß erhitzt, was eine Trocknung und Entgasung der Abfälle und somit eine thermische Zersetzung der Abfälle zur Folge hat. Um dies auf eine möglichst wirtschaftliche Weise zu erreichen, münden bei dem Verbrennungsofen gemäß der HauptPatentanmeldung die Ableitungen für die Rauchgase in einen Abzugsraum, der den zentralen Schacht umschließt. Die Abwärme des exothermen, im unteren Teil des Schachtes sowie in der Brennkammer verlaufenden Verbrennungsvorganges wird dadurch über kurze Wärmeleitwege den im Schacht befindlichen Abfällen zur Durchführung der endothermen Trocknung und Entgasung zugeführt. Dadurch, daß die Abgase nach unten abgezogen werden, werden auch die bei der Trocknung und Entgasung gebildeten Schwelgase in Richtung des ansteigenden Temperaturgradienten weitergeleitet. Das hat zur Folge, daß die Schwelgase in der steigenden Hitze zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffmolekülen aufgecrackt werden, die sodann im nachfolgenden Verbrennungsschritt leicht und vollständig - ohne teerhaltige Rückstände zu hinterlassen - verbrannt werden.

Durch die oberhalb der Engstelle in den zentralen Schacht mündenden Frischluftzuführungen wird den Abfällen Frischluft im unterstöchiometrischen Mengenverhältnis zugeführt, wobei gegebenenfalls - falls das Abfallmaterial nicht genügend Feuchtigkeit ent-

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hält - der Frischluft Wasserdampf oder Wasser zugegeben wird. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die zur Erzeugung von brennbaren Gasen erwünschte Wassergasreaktion herbeizuführen. Da die entstehenden Gase dabei nach unten durch die Engstelle abgezogen werden, bildet sich im Bereich zwischen den FrischluftZuführungen oberhalb der Engstelle und der Engstelle selbst ein Glutbett aus, in dem sowohl der exotherme Prozeß der Verbrennung als auch - durch den exothermen Vorgang verstärkt - der endotherme Prozeß der Entgasung, insbesondere aber der der Vergasung des Abfallmaterials, ablaufen. Dadurch wird einerseits eine Volumenreduzierung und Versprödung des Abfallmaterials erzielt, was den Zugang des Materials zu der Engstelle erleichtert. Andererseits wird durch die im Glutbett ablaufenden Vorgänge eine Verkokung des Abfallmaterials erreicht und das Material somit in eine homogene Form übergeführt. Kleinere Koksstücke, die auf den Boden der Brennkammer fallen, werden durch die nach unten strömenden sauerstoffhaltigen Abgase vollständig ausgebrannt.

Mittels des Verbrennungsofens gemäß der Hauptpatentanmeldung wird somit auch bei ungleichmäßiger Beschikkung mit Abfällen eine gleichmäßige Verbrennung der Abfälle erzielt und zugleich auf einfache und wirtschaftliche Weise unter Deckung des Wärmebedarfs aus dem Wärmeinhalt der Abfälle die zur Verbrennung der Abfälle erforderliche Temperatur ständig aufrechter-

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halten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Verbrennungsofen gemäß der Hauptpatentanmeldung so weiterzuentwickeln, daß die Vorteile des Verbrennungsofens erhalten bleiben und dabei zusätzlich ein Schmelzen der als Rückstand verbleibenden Schlacke möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß unterhalb der Übergangsstelle zwischen dem zentralen Schacht und der Brennkammer eine Leitvorrichtung vorgesehen ist, die als Zwischenwand von der Übergangsstelle ausgehend so ausgebildet ist, daß die Brennkammer in einen innenliegenden Abwärtsströmteil und einen außenliegenden, zugleich den unteren Teil des Abzugsraumes bildenden Raum unterteilt ist und daß weitere FrischluftZuführungen im Bereich des unteren Teils des Abzugsraumes münden.

Dadurch, daß die Brennkammer in einen Abwärtsströmteil und einen außenliegenden Raum unterteilt ist, wird die Verbrennung in dem von dem Abwärtsströmteil umschlossenen Teil der Brennkammer, insbesondere aber im Bereich der Engstelle, intensiviert. Es sind daher im Bereich der Engstelle Temperaturen um etwa 1500 ⁰C erreichbar, die zum Schmelzen der Schlacke führen. Dabei erstreckt sich diese heiße Temperaturzone, da die heißen Gase durch das Abwartetrömteil nach unten auf den Boden der Brennkammer gerichtet

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sind, auch auf den unteren Teil der Brennkammer, so daß die Asche auch auf dem Boden der Brennkammer in eine Schmelze übergeführt wird. Von dort aus gelangt sie über zumindest einen im Boden der Brennkammer zweckmäßigerweise vorgesehenen Ablauf aus dem Verbrennungsofen.

Durch die Zugabe weiterer Frischluft in den Bereich des unteren Teils des Abzugsraums, in den die Abgase nach Verlassen des Abwärtsströmteiles gelangen, findet hier die endgültige Verbrennung der Abgase statt. Dabei wird durch die Zugabe der Frischluft zugleich die Temperatur der Abgase auf etwa 1000 ⁰C gesenkt.

Eine Weiterausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß von außen in den Schacht reichende, an eine Brenngaszufuhr anschließbare Leitungen an der Engstelle münden. Dadurch ist es für den Fall, daß auch schwerbrennbare Abfälle verbrannt werden sollen, möglich, der Engstelle zur Intensivierung der Verbrennung Brenngas zuzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist zur Aufnahme der Abfälle ein zentraler Schacht 1 vorgesehen, an den sich eine Brennkammer 2 unmittelbar anschließt.

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Der zentrale Schacht 1 wird in seinem unteren Teil von einer Ofenmuffel 3 gebildet, deren unterer Teil 3a in die Brennkammer ragt und diese in einen Abwärtsströmteil 2a und einen außenliegenden Raum 2b unterteilt. Die Ofenmuffel ist dabei auf Stützen Ί gelagert, von denen in der Zeichnung jedoch nur eine dargestellt ist. Der außenliegende Raum 2b steht mit dem Abzugsraum 5 für die Rauchgase in Verbindung, die als ringförmige Kammer, den zentralen Schacht 1 umschließend, ausgebildet ist.

In den Schacht 1 ragt von oben ein zentralgeführtes Rohr 6 hinein, das sich in seinem unteren Ende zu einem konischen Teil 7 erweitert. Dieses Teil 7 dient zum Stauen der im oberen und mittleren Teil des zentralen Schachtes befindlichen Abfallmaterialien. Es ist zugleich so gestaltet, daß sich zwischen ihm und der Wandung der Ofenmuffel 3 eine Engstelle in Form eines ringförmigen Spaltes bildet. Die Querschnittsöffnungen dieses Spaltes sind so bemessen, daß nur Teile einer vorgesehenen Partikelgröße - Ascheteile oder Koksteile - hindurchgelangen. Im Teil 7 ist ferner ein Kegel 8 so angebracht, daß er mit dem Teil 7 an dessen unterem Ende Schlitze bildet, durch die hindurch die über das Rohr 6 zugeführte Frischluft in den Abwärtsstromteil 2a der Brennkammer gelangt . Gegebenenfalls kann über das Rohr 6 auch Brenngas der Engstelle zugeführt werden. Zur Zufuhr von Frischluft in die Abfallsäule oberhalb der Engstelle

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sind weitere Rohre 9 entlsn- der Irmenwandung des ■Schachtes 1 sowie ein koaxial das ^ohr 6 umschließendes Rohr 10 vorgesehen. Auch diese Rohre 9 und sind an eine externe Brenngas zuführung oder auch sr\ eine wasserdampfzuführende Leitung anschließbar. Das Rohr 10 ist ferner drehbar -elarert und Httels eines Antriebs 11 drehbar. Da an ihn außerdem stabförmige Teile 12 angebracht sind, ist es durch Drehen des Rohres 12 somit nöprlich, das in der Abfallsäule befindliche ^vaterisl in ^ewerunp zu bringen und dadurch umzuschichten.

Während des Betriebes des Verbrennunrsofens wird das Abfallmaterial fiber eine Beschickungsbox 13 in den zentralen Schacht 1 etwa bis zu einer Höhe, die der in der Zeichnung angegebenen Markierung entspricht, eingefüllt. Im oberen und mittleren Teil des Schachtes werden die Abfälle durch die vom Abzugsrau™ 5 in die Abfallsäule dringende Wärme getrocknet und entgast. Durch die durch die Rohre 9 und 10 zugeführte Frischluft findet in dem Bereich direkt oberhalb der Engstelle in dem dort befindlichen Glutbett eine Volumenverminderung des Abfallmaterials durch Vergasung und eine Zerkleinerung des Materials infolge von Versprödung statt. An der Engstelle selbst werden die vergasten Abfälle unter Zuführung von Frischluft über das Rohr 6 verbrannt und die Rückstände geschmolzen. Auf den Boden der Brennkammer fallende Ascheteile oder Koksteile werden am Boden der Brennkammer durch die

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nach unten strömenden heißen brennenden Oase auspebrannt und die Rückstände ebenfalls r-eschrrOlzen. Die Schmelze gelangt sodann durch den Ablauf 14 im Boden der Brennkammer in einen zur Aufn?h™e der Schmelze vorgesehenen Rehälter 15, der mit Wasser gefüllt ist. Dabei ist es selbstverständlich auch nöelich, den Boden der Brennkammer als abklappbaren Behälter auszubilden, in dem die Schmelze aufgefangen und über eine gewisse Zeit aufbewahrt wird.

Durch Frischluftzuführungen 16 im unteren Teil der Brennkammer wird weitere Frischluft zur vollständigen Verbrennung der Abgase zugeführt und zugleich eine Abkühlung der Abgase erzielt. Diese werden sodann in den Abzugsraurr 5 und von hier über Filter 17 zur Abgasleitung 18 weitergeleitet. In den Rauchgasen schwebend mitgeführte Feststoffanteile werden dabei an den Filtern abgelagert und hier durch den in den heißen Gasen noch vorhandenen Sauerstoff ebenfalls ausgebrannt. Die Filter bestehen aus Keramik-Lochplatten mit in Richtung der ankommenden Gase angeordneten Matten aus keramischen Fasern.

Mit einem Verbrennungsofen der vorstehend beschriebenen Art wurden Abfälle mit einem Heizwert von etwa 3000 Kcal/kg verbrannt. Der Hauptanteil des Abfallmaterials bestand aus Papier und Kunststoff. Weitere Anteile bildeten feuchtes Laub, Tierkadaver sowie Inertstoffe wie Konservenbüchsen und Glasflaschen.

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Der Ofen arbeitete mit einem Durchsatz von 100 kg Abfall pro Stunde. Der Rückstand wurde als Schmelze erhalten.

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Claims

Kernforschungsanlage Julien
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Patentansprüche

Verbrennungsofen für Abfälle mit einem zentralen Schacht zur Aufnahme der Abfälle, einer unterhalb des Schachtes angeordneten, einen verschlossenen Boden aufweisenden Brennkammer, bei dem der Übergang zwischen dem zentralen Schacht und der Brennkammer als Engstelle derart ausgebildet ist, daß die Abfälle zur Trocknung und Entgasung und bis zu ihrer Verbrennung oberhalb der Engstelle im zentralen Schacht verbleiben, im wesentlichen nur Ascheteile durch die Engstelle nach unten in die Brennkammer gelangen und auch die aus dem Schacht nach unten abgezogenen Gase durch die Engstelle in die Brennkammer geführt werden, bei dem an der Eng-

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ORIGINAL IN8PECTW

stelle und im unteren Teil des Schachtes oberhalb der Engstelle FrischluftZuführungen münden, bei dem die in der Brennkammer gebildeten Rauchgase über Austrittsöffnungen im Abzugsraum der Brennkammer zu einem Rauchabzug geführt sind und der Abzugsraum so ausgebildet ist, daß er den zentralen Schacht umschließt und bei dem in dem Schacht eine Einrichtung zur Bewegung der Abfälle vorgesehen ist, gemäß Patentanmeldung P 26 04 409.7-13, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Übergangsstelle zwischen dem zentralen Schacht (1) und der Brennkammer (2) eine Leitvorrichtung vorgesehen ist, die als Zwischenwand (3a) von der Übergangsstelle ausgehend so ausgebildet ist, daß die Brennkammer in einen innenliegenden Abwärtsströmteil (2a) und einen außenliegenden, zugleich den unteren Teil des Abzugsraumes (5) bildenden Raum (2b) unterteilt ist und daß weitere Frischluft Zuführungen (16) im Bereich des unteren Teils des Abzugsraumes münden.
2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Boden der Brennkammer (2) ein Ablauf (14) für die Schmelze vorgesehen ist.
3. Verbrennungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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von außen in den Schacht (1) reichende, an eine Brenngaszufuhr anschließbare Leitungen an der Engstelle münden.

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