DE2735139A1

DE2735139A1 - Verbrennungsofen fuer abfaelle

Info

Publication number: DE2735139A1
Application number: DE19772735139
Authority: DE
Inventors: Willibald Dipl Ing Anger; Heinz Mallek
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1979-02-15
Also published as: US4261269A; JPS5428480A; GB2002501A; SE7808370L; JPS6155004B2; GB2002501B; IT7826224A0; FR2399613A1; NL7805505A; BE867894A; SE439060B; DE2735139C2; FR2399613B1; IT1097791B

Description

Verbrennungsofen für Abfälle

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsofen für Abfälle mit einem zur Aufnahme der Abfälle vorgesehenen zentralen Schacht, in den Frischluft Zuführungen münden und mit einer unterhalb des Schachtes angeordneten Brennkammer mit in dem sich unmittelbar an den Schacht anschließenden Teil der Brennkammer vorgesehenen Frischluftzuführungen, wobei eine Einrichtung zum Stauen der im zentralen Schacht befindlichen Abfälle vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß die Abfallsäule in eine Schüttung ausläuft und wobei die in der Brennkammer gebildeten Rauchgase über Austrittsöffnungen im Abzugsraum der Brennkammer zu einem Rauchabzug geführt sind.

Ein derartiger Verbrennungsofen ist aus der britischen Patentschrift 1 365 125 bekannt. Bei diesem bekannten Verbrennungsofen ist die Einrichtung zum Stauen der Abfälle als Rostelement ausgebildet. Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, durch die Frischluft von unten durch das Rostelement in die Abfallsäule eingeleitet wird. Die in der Abfallsäule gebildeten Abgase werden, ebenso wie die weitere in die Abfallsäule eingeleitete Frischluft, nach oben abgesaugt und ge sonderten Einrichtungen zur Aufbereitung der Abgase zugeleitet und erst dann zur Verbrennung der Abfälle genutzt. Diese Ausbildung des bekannten Verbrennungs ofens ermöglicht es jedoch nicht, die Verbrennung der Abfälle so zu steuern, daß die im Abfallmaterial ent-

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haltene Wärmeenergie zur Verbrennung von Abfällen üblicher Zusammensetzung und zum Schmelzen der Schlacke hinreicht. Vielmehr ist es bei der bekannten Einrichtung erforderlich, zusätzlich in der Wandung der Brennkammer angeordnete Brenner zu verwenden, durch die Premdbrennstoff in die Brennkammer eingeleitet wird, um so die für das Schmelzen der Schlacke erforderliche Temperatur erreichen zu können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsofen zu schaffen, mit dem es möglich ist, Abfallmaterial üblicher Zusammensetzung mit einem Heizwert von etwa 3000 Kcal/kg ohne Einsatz zusätzlichen Brennstoffes in einem einfachen Verfahren zu verbrennen und dabei den Rückstand als Schmelze zu erhalten. Das Verfahren soll auch bei Verbrennung von Abfällen heterogener Zusammensetzung leicht und dabei sicher zu regeln sein.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verbrennungsofen der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) der Boden des Schachtes weist an seiner zugleich tiefsten Stelle zumindest eine im Zentrum des Bodens angeordnete Öffnung auf;

b) die Einrichtung zum Stauen der Abfälle ist im unteren Teil des Schachtes angeordnet und derart ausgebildet, daß als Durchgang für das Abfallmaterial und die bei der Trocknung, Entgasung und

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Vergasung gebildeten Abgase lediglich Öffnungen zwischen der Einrichtung und der innenwandung des Schachtes verbleiben, wobei die Querschnitte der Öffnungen und deren Abstand vom Boden des Schachtes so bemessen sind, daß sich die Schüttung von den Öffnungen bis zu der am Boden des Schachtes befindlichen zentralen Öffnung erstreckt und sich zwischen der Einrichtung und dem Boden des Schachtes ein seitlich von Abfallmaterial begrenzter Brennraum ausbildet;

c) in der Einrichtung zum Stauen der Abfälle sind in den Brennraum mündende Frischluftzuführungen vorgesehen;

d) weitere Frischluftzuführungen runden in den Schacht oberhalb der zwischen der Einrichtung und der Innenwandung des Schachtes verbleibenden Öffnungen;

e) die in der Brennkammer vorgesehenen Frischluftzuführungen münden im Bereich der im Zentrum des Schachtbodens angeordneten Öffnung;

f) die Brennkammer ist als Kammer mit seitlich angeordneten Ableitungen für die Hauchgase und mit zumindest einem im Boden der Kammer angeordneten Ablauf für die Schmelze ausgebildet.

Unterhalb der Brennkammer schließt sich ein zur Aufnahme der Schlacke oder der Schmelze vorgesehener Behälter an, der gegebenenfalls mit Wasser gefüllt sein kann, um so zu erreichen, daß die in den Behälter gelangende Schmelze sofort erstarrt und dabei ein als Granulat vorliegender Rückstand erzeugt wird.

Bei dem Verbrennungsofen gemäß der Erfindung werden die Abfälle im oberen Teil des zentralen Schachtes

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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 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 Verbrennungsprozesses 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 Einrichtung zum Stauen der Abfälle in den zentralen Schacht mündenden Frischluftzuführungen wird den Abfällen Frischluft im unterstöchiometrischen Verhältnis zugeführt, wobei gegebenenfalls - falls das Abfallmaterial nicht genügend Feuchtigkeit enthält oder ein besonders schwerbrennbares Abfallmaterial vorliegt - der Frischluft Wasserdampf

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oder Wasser zugegeben wird, um so die zur Erzeugung von brennbaren Gasen erwünschte Wassergasreaktion herbeizuführen. Da die entstehenden Gase dabei nach unten durch die zwischen der Einrichtung zum Stauen der Abfälle und der Innenwandung des Schachtes befindlichen Öffnungen abgezogen werden, bildet sich im Bereich zwischen den Frischluftzuführungen oberhalb der Öffnungen und der Einrichtung zum Stauen ein Glutbett aus, in dem sowohl der exotherme Prozeß der Verbrennung als auch - durch den exothermen Prozeß 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 Durchgang des Materials durch die an der Einrichtung zum Stauen befindlichen Öffnungen erleichtert. Andererseits wird durch die im Olutbett ablaufenden Vorgänge eine Verkokung des Abfallmaterials erzielt und das Material somit in eine homoprene Form überführt.

Die brennbaren Abgase treten, da sie nach unten abgezogen werden, durch das langsam nach unten gelangende verkokte Abfallmaterial in den Brennraum unterhalb der Einrichtung zum Stauen ein und vermischen sich im Brennraum mit der im nahstöchiometrischen Mengenverhältnis über die Einrichtung zum Stauen in den Brennraum eingeleiteten Frischluft. Dabei werden insbesondere an der Oberfläche des die Schüttung bil-

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elenden Materials, an der die brennbaren Gase mit der Frischluft in Kontakt treten, Temperaturen im Bereich von etwa 1500 C erzielt, die zum Schmelzen der nichtbrennbaren Verbrennungsrückstände führen.Die nach unten abfließende Schmelze gelangt dabei durch die im Schachtboden befindliche öffnung in die Brennkammer und von dieser durch den Ablauf in einen für die Aufnahme der SchmeLze vorgesehenen Behälter.

Zur Nachverbrennung der in die Brennkammer durch die im Schachtboden befindliehe öffnung gelangenden Abgase wird über die im Bereich dieser öffnung vorgesehenen FrischLuftzuführungen Frischluft ir. die Brennkammer eingeleitet, wobei außer der nachverbrennung der Gase zugleich eine Abkühlunr dor Abgase erzielt wird.

Kür den Fall, daß sehr kalorienreiche Abfälle oder - im Gegensatz hierzu - schwerbrennbare Abfälle verbrannt werden sollen, kann es von Vorteil sein, daß von außen in den Schacht reichende, an einer Absaugeinrichtung odor eine Brenngaszufuhr anschlίeßbare Leitungen in den Schacht oberhalb der Einrichtung zum Stauen der Abfälle münden. Denn hierzu kann zur besseren Steuerung dt?;; Verbrennung Vorganges zusätzlich zu der Möglichkeit, die Metige der im unterstöchiometrischen und der im nahstöchiometrisehen Mengenverhältnis zugegebenen Frischluft zu verändern, wahlweise überschüssiges Brenngas abgesaugt oder Brenngas eingespeist werden.

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Eine vorteilhafte Weiterausgestaltung des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung besteht ferner d;irin, daß die Einrichtung zum Stauen der Abfälle als ein auf einer Achse gelagertes, mittels einer Handhabe oder eines Antriebs bewegliches Element ausgebildet ist. Durch die Bewegung des Elementes ist es möglich, auf das im Bereich des Glutbettes befindliche versprödete Abfallmaterial einzuwirken und eine Zerkleinerung dieses Materia Ls zu erreichen, so daß die Ausbildung einer den Brennraum umschließenden lückenlosen .Schüttung gewährleistet ist.

Ausfiihrungsbeispiele des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert:

Es zeigen

P'igur 1 einen Verbrennungsofen

für AbfälLe in Kundbauweise

Figur 2 einen Verbrennungsofen für AbfäLle in F?echteckbauweise

Figur 3 einen Querschnitt durch den Verbrennungsofen gemäß Figur 2 längs der [,inie A/B

Wie aus Figur 1 ersichtlich int, ist zur Aufnahme der Abfälle ein zylinderförmiger zentraler Schacht 1 vorgesehen, dessen unterer Teil aus einer konisch ausgebildeten OfenmuffeL besteht, an deren tiefsten ,''»teile

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eine zentrale Öffnung 2 vorgesehen ist. Die Ofenmuffel, an die sich eine Brennkammer 3 nach unten anschließt, ist auf mehreren Stützen M gelagert, von denen in der Figur 1 jedoch nur eine dargestellt ist. Die Hrennkammer 3 steht mit dem Abzugsraum 5 für die Rauchgase in Verbindung, der als ringförmige Kammer, den zentralen Schacht umschließend, ausgebildet ist.

In den Schacht 1 ragt von oben ein zentral geführtes Rohr 6 hinein, das sich in seinem unteren Ende zu einem konischen Teil 7 erweitert. Dieses Teil 7 dient zum otauen der im oberen und mittleren Teil des zentralen Schachtes befindlichen Abfallmaterials, zugleich aber auch zur Aufteilung in die Schüttung. Infolge der Rundbauweise des Verbrennungsofens ist dabei die zwischen der Rlinrichtung 7 zum Stauen der Abfälle und der Innenwandung des Schachtes 1 vorgesehene öffnung 8 als ringförmige öffnung ausgebildet. Von dieser öffnung aus läuft das Abfallmaterial in einer nach innen gerichteten Schüttung aus, die den Brennraum 9 seitlich umschließt. Im Teil 7 ist ein Kegel 10 so angebracht, daß er mit dem Teil 7 an dessen unteren Ende Schlitze bildet, die eine Zufuhr von Frischluft durch das Rohr 6 in den Brennraum 9 ermöglichen. Zur Zufuhr von Frischluft in die Abfallsäule oberhalb des Bereichs der ringförmigen öffnung 8 sind weitere Rohre 11 entlang der Innenwandung des Schachtes sowie ein koaxial das Rohr 6 umschließendes Rohr 12 vorgesehen. Sowohl die Rohre 11 als auch

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das Rohr 12 sind - wie in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt ist - an eine externe Brenngas zuführung oder auch an eine wasserdampfzuführende Leitung anschließbar. Das Rohr 12 ist ferner drehbar gelagert und mittels eines Antriebs 13 drehbar. Da an ihm außerdem in den Schacht reichende stabförmige Teile 14 angebracht sind, ist es durch Drehen des Rohres somit möglich, das in der Abfallsäule befindliche Material in Bewegung zu versetzen und dabei umzuschichten.

Während des Betriebes des Verbrennungsofens wird Abfallmaterial über eine Beschickungsbox 15 in den zentralen Schacht etwa bis zu einer Höhe, die der in der Zeichnung angegebenen Markierung entspricht, eingefüllt. Im oberen und mittleren Teil des Schachtes 1 werden die Abfälle durch die vom Abzugsraum 5 in die Abfallsäule dringende Wärme getrocknet und entgast. Nach Zufuhr von Frischluft durch die Rohre 11 und 12 findet in dem Bereich direkt oberhalb des Teils 7 eine Volumenverminderung des Abfallmaterials durch Vergasung und eine Zerkleinerung infolge von Versprödung des Materials statt. Im Brennraun 9, in dem Temperaturen im Bereich von etwa 1500 ⁰C erzielt werden, wird das Abfallmaterial endgültig verbrannt und die nichtbrennbaren Rückstände geschmolzen. Die aus der öffnung 2 im Boden des Schachtes in die Brennkammer 3 austretenden Gase werden sodann nachverbrannt, wobei weitere Frischluft über die in der Stütze 4 und

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der Ofenmuffel verlaufende Leitung 16 zugeführt wird. Während die Schmelze durch die Öffnung 2 und den Ablauf 17 im Boden der Brennkammer 3 in einen Behälter 18 gelangt, werden die Rauchgase durch den Abzugsraum über Filter 19 zur AbgasIeitunr 20 geleitet, wobei sich in den Rauchgasen schwebend mitgeführte Feststoffanteile an den Filtern fib Lagern und hier durch den in den heißen Gasen noch vorhandenen Sauerstoff ebenfalls ausgebrannt v/erden. Die Filter können daher beispielsweise aus Keramik-Lochnlatten mit in Richtung der ankommenden Abgase angeordneten Matten aus keramischen Fasern bestehen.

In Figur 2 ist eine Variante des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung darpestelLt. Diese Variante unterscheidet sich - abgesehen von der rechteckigen Grundform - von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des Verbrennungsofens in erster Linie darin, daß die Einrichtung zum Stauen der Abfälle als Schleusenelement 21 mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet ist. Dieses Schleusenelement 21 ist - wie aus Figur 3 ersichtlich ist - um eine Achse 22 um etwa 15 ° schwenkbar gelagert. Durch die Bewegung des Schleusenelements wird ein hinreichender Zufluß von Abfallmaterial zur Schüttung gewährleistet. Für die Zufuhr von Frischluft in den Brennraum 9 sind über die Achse 22 in dem Schleusenelement geführte Leitungen 23 vorgesehen.

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Da es sich bei dem Verbrennungsofen gemäß der Erfindung um eine Kompakteinrichtunr handelt, der nichtbrennbare Rückstand als geschmolzene Asche und somit sehr auslaugbeständig vorlieft und die in den Rauchgasen mitgeführten Schwebeteilchen durch Filter zurückgehalten werden, ist der Verbrennunrsofen nicht nur für normalen Müll oder für klinische Abfälle, sondern auch für radioaktiv verseuchte Materialien einset/.t>?ir·.

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Claims

Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung Patentansprüche

1.) Verbrennungsofen für Abfälle mit einem zur Auf- ^-^^ nähme der Abfälle vorgesehenen zentralen Schacht, in den Frischluft zu führunj-en münden und mit einer unterhalb des Schachtes angeordneten Brennkammer mit in dem sich unmittelbar an den Schacht anschließenden Teil der Brennkammer vorgesehenen Frischluftzuführungen, wobei eine Einrichtung zum Stauen der im zentralen Schacht befindlichen Abfälle vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß die Abfallsäule in eine Schüttung ausläuft und wobei die in der Brennkammer gebildeten Rauchgase über Austrittsöffnungen im Abzugsraum der Brennkammer zu einem Rauchabzug geführt sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale

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a) der Boden des Schachtes (1) weist an seiner zugleich tiefsten Stelle zumindest eine im Zentrum des Bodens angeordnete öffnung (2) auf,

b) die Einrichtung (7) zum Stauen der Abfälle ist im unteren Teil des Schachtes angeordnet und derart ausgebildet, daß als Durchgang ViIv das Abfallmaterial und die bei der Trocknung, Entgasung und Vergasung gebildeten Abgase lediglich eine oder mehrere öffnungen (8) zwischen der Einrichtung und der Innenwandung des Schachtes verbleiben, wobei die Querschnitte der öffnungen (8) und deren Abstand vom Boden des Schachtes so bemessen sind, daß sich die Schüttung von den öffnungen (8) bis zu der am Hoden des Schachtes (1) befindlichen zentralen öffnung (2) erstreckt und sich zwischen der Einrichtung und dem Boden des Schachtes ein seitlich von Abfallmaterial begrenzter Brennraum {[)) ausbildet,

c) in der Einrichtung (7) zum Stauen der Abfälle sind in den Brennraum (9) mündende Frisch luft Zuführungen (6) vorgesehen,

d) weitere Frischluftzuführungen (11, 12) münden in den Schacht oberhalb der zwischen der Einrichtung und der Innenwandung des Schachtes verbleibenden Öffnungen (8),

e) die in der Brennkammer (3) vorgesehenen Frischluftzuführungen münden im Bereich der im Zentrum des Schachtbodens angeordneten Öffnung (2),

f) die Brennkammer (3) ist als Kammer mit seitlich angeordneten Ableitungen für die Rauchgase und mit zumindest einem im Boden der Kammer angeordneten Ablauf (17) für die Schmelze ausgebildet.

2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch

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gekennzeichnet , daß die Ableitungen für die Rauchgase in einen Abzugsraum (5) münden, der den zentralen Schacht (1) umschließt.

Verbrennungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von außen in den Schacht (1) reichende, an eine
Absaugeinrichtung oder eine Brenngaszufuhr anschließbare Leitungen in den Schacht oberhalb der Einrichtung zum Stauen der Abfälle münden.

Verbrennungsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zum Stauen der
Abfälle als ein auf einer Achse (22) gelagertes,
mittels einer Handhabe oder eines Antriebs bewegliches Element ausgebildet ist.

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