DE2745756A1

DE2745756A1 - Verbrennungsofen

Info

Publication number: DE2745756A1
Application number: DE19772745756
Authority: DE
Inventors: Toshikatsu Haga; Saburo Hori; Yukio Ito
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1976-10-08
Filing date: 1977-10-08
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2745756B2; JPS5346176A; SE7711174L; DE2745756C3; FR2367249A1; US4183306A; JPS5920923B2; IT1116129B; CA1089717A; FR2367249B1; NL7710910A; GB1589618A

Description

209277 ip 52 715

η Priorität: 8. Oktober 1976, JAPAN, Pat.Anm.Nr. 120 304/1976

Anmelder:

Kureha Kagaku Kogyo K.K.

No. 8, 1-chome, Horidome-cho,

Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo, Japan·

Verbrennungsofen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ofenanordnung zum Verbrennen von brennbaren Abfällen, insbesondere von Stadtmüll und Industrieabfällen·

Bei fast allen bekannten Ofen dieser Art werden die heißen Abgase, die aus dem Abgaskanal abgegeben werden, etwa einem Schornstein, Kamin, Rauchfang oder dergleichen und noch eine große Wärmemenge enthalten, sozusagen in der Atmosphärenluft verteilt, ohne die darin enthaltene Wärmemenge wiederzugewinnen·

- 2 -809816/0750

27A5756

Eb ist deshalb äußerst erwünscht, einen Verbrennungsofen so zu verbessern, daß er in der Lage ist, einen merklichen Teil der Abgaswärme wiederzugewinnen und dadurch Energie zu sparen. Eine solche Verbesserung ist besonders wertvoll im Hinblick auf die sehr hohen Energiekosten.

Ein weiteres, ernstes Problem ist die Atmosphärenverschmutzung, die hauptsächlich dadurch verursacht wird, daß beträchtliche Mengen an Rauch und Ruß in die Atmosphäre abgegeben werden. Zur Beseitigung dieser Art von Umweltbelastungen sind schon die verschiedensten Lösungen vorgeschlagen und auch in der Praxis verwirklicht worden.. Die Ergebnisse waren jedoch nur teilweise befriedigend und wurden meistens mit weiteren Schwierigkeiten erkauft. Z.B. ist bei Benutzung einer Zentrifuge die Sammlerwirkung mit Bezug auf Ruß verhältnismäßig gering, da die Rußteilchen ein sehr geringes spezifisches Gewicht aufweisen.

Bei Benutzung von elektrostatischen Staubkollektoren sammelt sich elektrische Ladung in den einmal aufgefangenen Rußteilchen, die dazu neigen, bald die gleiche elektrische Polarität wie die sammelnde Elektrode anzunehmen, so daß sie wiederholt abgestoßen und wieder angezogen und schließlich in die Atmosphäre dadurch fortgetragen werden, daß die abgegebenen Abgasströme sie mitnehmen. Falls eine Nachverbren-

809816/0768

nung des Rußes vorgesehen wird, muß die Verbrennungsanlage entsprechend große Ausmaße haben. Selbst unter diesen Umständen ist aber die Nachverbrennungswirkung wesentlich geringer als erwartet. Daher sind diese üblichen Vorrichtungen und Verfahren wenig erfolgreich, um Ruß und andere unverbrannte Teilchen so zu behandeln, daß die Verschmutzung der Atmosphärenluft in befriedigendem Ausmaß verhindert wird.

Beim Einsatz solcher Verbrennungsofen ist es häufig erwünscht, Abfallbremsbeläge oder Abfallschleifscheibenblöcke, die Asbestfasern bzw. Schleifpartikel in Kunstharzbindung enthalten, so zu behandeln, daß dies wertvolle Faser- bzw. körnige Material wiedergewonnen wird, nachdem das in den Abfällen enthaltene Harzmaterial durch Verbrennen entfernt worden ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Benutzung üblicher Brennöfen eine beträchtliche Menge an unverbranntem Harz in Gestalt von Rußteilchen als Verunreinigungen zurückbleibt und verhindert, daß das wirksam zurückgewonnene Material unmittelbar wiederverwendet werden kann.

Die Erfindung bezweckt deshalb einen Verbrennungsofen so zuverbessern, daß die in den Abgasen des Ofens enthaltene

809816/0758

Wärmeenergie auf ein Minimum sinkt und dabei die geringotraögliche Menge an Ruß und ähnlichen feinen Abfallteilchen in die Atmosphäre entweicht.

Weiter bezweckt die Erfindung, einen kleinen und kompakten Ofen dieser Art zu schaffen, der z.B. auch in industriell stark besetzten Bereichen mit äußerster Raumbeschränkung aufgestellt werden kann.

weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verbrennungsofens, mit dem eine im wesentlichen vollständige Verbrennung der brennbaren Bestandteile des Stadtmülls oder ähnlicher Brennmaterialien erreicht werden kann, sodaß auch die Möglichkeit zur Wiederverwendung der Restsubstanzen, falls erwünscht, gegeben ist.

In einem erfindungsgemäßen Verbrennungsofen sind eine oder mehrere Verbrennungskammern vorgesehen, von denen die erste einen Einlaß zur Einführung des zu verbrennenden Materials, wie z.B. Stadtmüll, aufweist. Weiter ist ein Zyklon vorgesehen , der mit einem Abgaskanal verbunden ist, der von der letzten Verbrennungskammer der Verbrennungskammergruppe ausgeht und mit einer Düseneinrichtung zur Einführung von Sekundärluft auegestattet ist, die vorzugsweise im Anschlußbereich des Kanals oder einem etwas niedrigeren Niveau an-

- 5 -609816/0768

geordnet ist. Dadurch werden abwärts gerichtete Wirbel gebildet, die zur Abtrennung von Ruß und ähnlichen feinen Teilchen beitragen, die in den Abgasen enthalten sind. Weiter ist ein Abgaskamin oder ein entsprechender Ausstoßkanal vorzugsweise an den oberen Teil des Zyklons angeschlossen, um Abgase, die im wesentlichen frei von Ruß und ähnlichen feinen oder körnigen Festteilchen sind, in die offene Atmosphäre abzugeben. Eine Strahlsaugvorrichtung ist so angeordnet, daß ihr Gasansaugeinlaß am unteren Ende des Zyklons liegt. Weiter ist eine Heißgasumwälzkammer vorgesehen, die einerseits mit dem Abgabeende der STrahlsaugvorrichtung und andererseits mit der Verbrennungskammerreihe verbunden ist.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen: Fig· 1 vereinfacht einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsofens,
Fig. 2 einen waagerechten Schnitt entlang der in Fig.

markierten Schnittebene II-II¹,

Fig· 3 einen waagerechten Querschnitt entlang der Schnittebene HI-III ■ der Fig. 1,

- 6 -809816/0758

Pig. 4 einen waagerechten Schnitt durch eine etwas abgewandelte Ausführungsform des Hauptteiles eines erfindungsgemäßen Verbrennungsofens, im wesentlichen entlang einer Schnittlinie IV-IV der PiS. 5,

Fig. 5+6 Schnitte durch die Ausführungsform der Fig. 4-, entsprechend den Schnittlinien V-V bzw. VI-VI¹ der Fig. 4, und

Fig. 7 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Zu den wesentlichen Elementen des erfindungsgemäßen ,Verbrennungsofens gehören eine Strahlsaugvorrichtung 3» eine Heißluftumwälz- oder Zirkulationskammer 4-, ein Verbrennungskammer sys tem mit einer Primärkammer 6 und einer Sekundärkammer 8, ein Zyklon 10 und ein Abgaskamin 16.

Die Strahlsaugvorrichtung oder genauer der Strahlsaugabschnitt kann die bekannte Bauweise einer Luftstrahlsaugvorrichtung aufweisen, die vorzugsweise jedoch keine Drosselvorrichtung hat, sodaß sie sehr einfach gebaut, leicht zu handhaben und zu reinigen ist.

Das treibende gasförmige Medium kann ein brennbares Gasgemisch aus Propan, Naturgas oder dergleichen und Luft sein

- 7 -809816/0758

oder stattdessen aus zerstäubtem oder verdampftem flüssigem Brennstoff, vorzugsweise Kerosin oder Petroleum und Luft bestehen. Falls jedoch das zu verbrennende Material, z.B. Stadtmüll einen ziemlich hohen Heizwert hat und die Verbrennung des kontinuierlich zugeführten Materials dadurch aufrechterhalten werden kann, daß die in den Abgasen enthaltene Wärme ausgenutzt wird, indem diese zur erneuten Umwälzung durch den Ansaugeinlaß der Saugstrahlvorrichtung angesaugt werden, kann auf die Zuführung von brennbarem Gas verzichtet werden mit Ausnahme des anfänglichen Zündungsvorganges. Falls andererseits die anfängliche Zündung in dem Verbrennungskammersystem erreicht wird, ohne daß Zündmittel im Strahlsaugabschnitt benutzt wird, kann das treibende Gas stets und ausschließlich Luft sein.

Der Strahsaugabschnitt 3 ist mit einem üblichen Brenner 1 auegestattet, der koaxial zum Abschnitt 3 angeordnet ist und sich von dessen Einlaßende aus eine merkliche Strecke in das innere des Abschnittes 3 hineinerstreckt; der Brenner ist jedoch nur schematisch dargestellt.

Das treibende Gas, vorzugsweise ein Gemisch aus einem brennbaren Gas, wie Butan, und Luft, wird durch einen nicht dargestellten Kompressor auf einen bestimmten Überdruck

ρ
vorverdichtet, etwa 0,5 kg/cm Überdruck. Eine verschließ-

- 8 809816/0758

bare Zündöffnung 2, die nur vereinfacht gezeigt ist, erstreckt sich von der Außenseite der Ofenanordnung aus in den Anfangsbereich des Strahsaugabschnittes 3, wo der Brenner 1 liegt, und wird zur Zündung des Gasgemisches benutzt.

Als vergrößerte Fortsetzung des Abschnittes 3 ist eine Heißluftumwälzkammer 4 vorgesehen, die in der dargestellten Weise einen Teil der Ofenanordnung bildet. Diese Kammer 4 weist einen Lufteinlaß 5 auf, der mit einer Durchflußsteuerungsvorrichtung versehen sein kann, etwa einer Drosselklappe die aber im einzelnen nicht dargestellt ist. Dieser Einlaß kann mit dem erwähnten Kompressor verbunden sein.

Der Endabschnitt der Kammer 4 ist mit dem Anfangsteil einer Primarverbrennungskammer 6 verbunden, die in der dargestellten Weise im Ofen ausgebildet ist. Die Kammer 6 ist mit einem Materialeinlaß 7 versehen, der durch die Decke 101 der Kammer hindurchgeht und zur Einführung des zu verbrennenden Materials, wie Stad müll oder dergleichen, benutzt wird. Die Kammer 6 hat einen durch eine Zwischenwand 100 hindurchgehenden Verbindungskanal 6a, der zwischen der Kammer 6 und einer nachfolgenden Sekundärverbrennungskammer 8 liegt, die ebenfalls einen Teil der erfindungsgemäßen Anordnung bildet. Der Verbindungekanal 6a verläuft vorzugsweise im Deckenbereich dieser zwei Kammern 6 und 6.

-9-809816/0758

ORIGINAL INSPECTED

Die Sekundärverbrennungskammer 8 ist mit einem Feuerrost 9 versehen, der eine Anzahl von Durchgängen 9a aufweist, die die beiden Kammern 4 und 6 körperlich und strömungsmäßig verbinden.

Ein weiterer Verbindungskanal 17 verbindet den obersten Teil der Kammer 8 mit dem Zyklon 10 vorzugsweise in einem Zwischenbereich des Zyklons, wie dargestellt.

Der Zyklon 10 ist in einem demgegenüber höheren Niveau mit mehreren Einlaßdüsen 11, 11' für die Sekundärluft ausgebildet; zwei davon sind hier beispielsweise dargestellt. Am untersten Ende des Zyklons 10 ist ein Gasansaugeinlaß 15 ausgebildet, der zum Ansaugabschnitt 3 führt und vorzugsweise in der Nähe von dessen innerem Ende liegt.

Eine erste Staub- oder Aschenentnahmeöffnung 14 ist am rechten Ende der Kammer 4 in Fig. 1 vorgesehen. Diese Öffnung ist gewöhnlich geschlossen. Eine zweite Staub- oder Aschenentnahmeöffnung 15 ist in einer Seitenwand der ersten Verbrennungskammer 6, siehe auch Fig. 2, ausgebildet und ebenfalls gewöhnlich geschlossen. Die Öffnung 15 liegt so, daß ei· zum Bodenbereich der Kammer 6 führt·

Ein aufwärts führender Rauchgaskanal 16 schließt mit seinem

-10-809816/0759

unteren Ende an das obere Ende des Zyklone 10 an, sodaß eine körperliche und strömungsmäßige Verbindung geschaffen wird.

Zum Betrieb wird ein Luft-Brennstoff-Gasgemisch mit einem

Druck von 0,5kg/cm Überdruck durch den Brenner 1 in den Ansaugabschnitt 3 eingeführt und von der Zünderöffnung 2 aus gezündet, die mit einer üblichen elektrischen Zündvorrichtung ausgestattet sein kann, die nach Einschaltung elektrische Zündfunken erzeugt. Das derart gezündete brennbare Gemisch geht waagerecht durch den Abschnitt 3 mit hoher Geschwindigkeit und tritt in die anschließende waagerephte Kammer 4 ein. Bei diesem Vorgang wird eine bestimmte begrenzte Menge an Sekundärluft durch den Einlaß 5 zugeführt und mit den Verbrennungsgasen in der Kammer 4· gemischt. Dieses heiße Gasgemisch wird dann in den Anfangsabschnitt der Kammer 6 eingeführt. Das brennbare Material, wie Stadtmüll, wird von oben durch den Einlaß 7 in die Kammer 6 gefüllt und in Kontakt mit dem ebenfalls in die Kammer gelangenden heißen Gasgemisch gebracht, sodaß es verbrannt wird, aber sicher nur in einem unzureichenden Ausmaß· In \ diesem Fall wird das heiße Gasgemisch, das unvollständig verbrannte brennbare Gase enthält, aus der Kammer 6 durch ! den Verbindungskanal 6a in die anschließende Kammer 8 überführt und mit frischen, aus der Kammer 4· über den Rost 9

- 11- j

809816/0758 !

ι* ORIGINAL INSPECTED ' i *

eintretenden heißen Gasen gemischt, die daher eine höhere Temperatur haben. Auf diese V/eise werden die unverbrannten brennbaren gasförmigen Bestandteile in einen Zustand der nahezu vollständigen Verbrennung überführt, und zwar entweder in der Kammer 8 oder in einer weiteren anschließenden Verbrennungskammer oder Kammern, die, obwohl nicht dargestellt, ähnliche bauliche Merkmale aufweisen.

Das derart vollständig oder nahezu vollständig verbrannte Gasgemisch wird dann durch den Verbindungskanal 17 in den Zyklon 10 überführt und bildet darin einen aufwärts wirbelnden Strom, der in einem höheren Niveau des Zyklons mit einer gewissen Menge an Sekundärluft gemischt wird, wie rein schematisch bei 12 und 12' in Pig· 3 gezeigt ist. Das Gas wird dabei in einen praktisch vollständig verbrannten Zustand in Gestalt eines aufwärts gerichteten, wirbelnden Flammenvorhanges gebracht. Durch Einleitung von Sekundärluft durch die Einlasse 11 und 11' bildet sich eine abwärts gerichtete wirbelnde Strömung, in die unverbrannte feste Teilchen konzentrisch hineingetragen werden, so daß sie durch den Verbindungskanal 13 schließlich in den Abschnitt 3 gelangen, von wo aus sie mit einer gewissen Menge an heißen Umwälzgasen weiter geführt werden, bis sie schließlich aus den Entnahmeöffnungen 14 und 15 auegeräumt werden können, wenn diese in bestimmten regelmäßigen Zeitabschnit-

- 12 809816/0769

ten für die Entnahme geöffnet v/erden. Pur bestimmte Zwecke können, falls erwünscht, gleiche Staub- oder Aschen-Entnahmeöffnungen in gleicher Höhe oder noch darüber vorgesehen sein und durch die umschließende Wandung des Ofens am unteren Ende des Zyklons 10 und des Kanals 13 hindurchgehen.

Auf diese Weise wird ein (Teil der Abgase durch die Verbrennungsabschnitte der Ofenanordnung hindurch umgewälzt und die Brennstoffkosten können merklich verringert werden. Diese Kostenverringerung beträgt wenigstens 20-30% nach den bislang angestellten Versuchen.

Nach der Erfindung weist das Verbrennungskammersystem Primär- und Sekundärkammern 6 und 8 und gelegentlich noch weitere nachfolgende Verbrennungskammern auf. Dabei ist vorgesehen, daß das Verbrennungskammersystem höher als die Umwälzkammer für das heiße Gas und vorzugsweise unmittelbar über dieser liegt, wodurch sich ein ausgezeichneter Wärmewirkungsgrad ergibt.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich eine ziemlich hohe Arbeitetemperatur, etwa 800-1200⁰C, und gelegentlich noch höhere Temperaturen, etwa 1600⁰C, leicht erreichen lassen· Dadurch können große Mengen an zu verbrennendem material innerhalb einer kurzen Einsatzzeit behandelt werden·

-13-809816/0769

Die aufwärts gerichtete, wirbelnde Gasströmung wird schließlich durch den Rauchabzug 16 in die offene Atmosphäre abgegeben. Die austretenden Abgase enthalten nur noch eine vernachlässigbare Menge an Staubteilchen, etwa 0,1 g/NM* oder weniger, im Vergleich zu einer Menge von 0,3-0,5 g/NM , gemessen im Sekundarverbindungskanal 17, d.h. vor dem Zyklon 10. Falls jedoch noch eine höhere Staubabscheidungsleistung angestrebt wird, kann ein Sekundärzyklon vorgesehen werden, etwa hinter dem Auslaßende des Rauchkanals 16. Zusätzlich oder anstelle dieses SekundärZyklons können noch ein elektrischer Staubascheider oder ähnliche, übliche Staubabscheidevorrichtungen vorgesehen werden.

Da praktisch der gesamte mitgeführte staubförmige Kohlenstoff bereits im Zyklon 10 verbrannt worden ist, kann ein etwa vorgesehener zusätzlicher Staubsammler seine Aufgabe äußerst leicht erfüllen. Dieser Vorzug ermöglicht auch, den derart gewonnenen Staub auf verschiedene Weise zu verwenden und auszunutzen, wodurch sich ein bemerkenswerter Fortschritt ergibt.

Das gezündete Treibgasgemisch geht mit hoher Geschwindigkeit durch den Strahsaugabschnitt 3 und dann durch einen unmittelbar anschließenden Trichter hindurch. Dabei wird heißes Gas durch die Säugöffnung 13 in den Abschnitt 3 hineinange-

809816/0758

saugt, von dem aus es in die Umwälzkamraer 4 für das heiße Gas weiterfließt. Der Strömungsdruckahfall des durch die Düse 1 hindurchgehenden Treibgases ist ausreichend, wenn

ο
er etwa 0,1 kg/cm oder mehr beträgt, vorzugsweise 0,3 kg/

cm und höher. Falls das Treibgas als Komponente ein brennbares Gas, wie Butan, enthält, kann die Zündvorrichtung 2 ein ölbrenner "vom Luftzerstäubungstyp oder ein üblicher Gasbrenner sein, der für Zündzwecke in der bereits erwähnten Weise ausgeführt ist. In diesem Fall wirkt das von dem Brenner abgegebene Gasgemisch als Treibgas für die Strahlsaugvorrichtung 3.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Heißgas-Umwälzung, oder genauer die Umwälzkammer 4-, vorgesehen ist, um eine im wesentlichen vollständige Verbrennung des brennbaren Gases oder der brennbaren Gase zu erreichen, die darin eingeführt werden, und um Sekundärluft beizumischen, damit das zu verbrennende Material vollständig verbrannt wird.

Das in die Primärkammer 6 des Verbrennungskammersystems einzuführende Material kann fest, flüssig oder eine Mischung von beiden sein. Die Einfüllöffnung 7 kann im allgemeinen in der Decke 101 der Kammer liegen; die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt.

- 15 809816/0768

Falls das zur Verbrennung eingebrachte Material im wesentlichen aus festen Stoffen besteht, können alle oder einige der Bodenwände der das Verbrennungskammersystem bildenden einzelnen Kammern aus Feuerrosten bestehen, wie bei 9 in Fig· 1 dargestellt, sodaß eine hohe Temperatur aufweisende heiße Gase unmittelbar von der Umwälzkammer 4 in die entsprechende bzw. entsprechenden Verbrennungskammern zugeführt werden können. Falls das zu verbrennende Material einen beträchtlichen Anteil an Flüssigkeit enthält, kann der Boden der Primärkammer 6 anstelle eines Rostes geschlossen ausgebildet sein, wie insbesondere Fig. 1 zeigt. Alle Sekundär- und weiter anschließenden Verbrennungskammern, falls vorgesehen, können mit Rosten ausgestattete Böden aufweisen·

Als Material für die Roste kommt Metall, übliches Feuerfest-Material oder Elektroschmelze-Feuerfestmaterial infrage, Je nach der Art des zu verbrennenden Materials.

Der Zyklon 10 ist mit einer oder mehreren Einblasdüsen für Sekundärluft 11 und 11' ausgestattet. Jede dieser Düsen ist in einer etwa abwärts geneigten Lage angeordnet· Dieser Neigungswinkel cc kann einen in den nachfolgend .angegebenen Grenzen gelegenen Wert haben: 0° - c< ί 30°·

-16-809816/0758

- ye - 27A5756

Vorzugsweise ist 5° ■ <*.■» 15°.

Bei einem 30° übersteigenden Neigungswinkel erreicht der Druckverlust der aufwärtsgerichteten Kernwirbelströmung einen zu hohen Wert, der für einen optimalen Betrieb des Ofens nicht geeignet ist. Der Richtungswinkel ß, den die Düse 11 oder 11· mit einer entsprechenden Tangente in einer waagerechten Ebene bildet, hat einen Wert, der bestimmt wird durch

45⁰Sg - 85°.
Vorzugsweise ist

6o° * P i 80°,
und noch besser

70° Ϊ ^ ί 80°,

wie vereinfacht in Fig. 3 dargestellt ist. Die Düse ist auf eine Linie ausgerichtet, die innen von der Mittelachse des Zyklone 10 abgesetzt ist, siehe Fig. 3·

Wenn zur verstärkten Zufuhr von unter Druck stehender Sekundärluft diese durch die Düsen 11 und 11' eingeblasen wird, bildet sich ein abwärts gerichteter Luftwirbelstrom in dem Zyklon und unterhalb des Niveaus, in dem die Düsen in der zylindrischen Wand 10a des Zyklons 10 angeordnet sind. Der mittlere Kern 18 dieses Wirbelstromes weist einen stark verringerten Druck auf, oder ist, genauer ge-

-17 -809816/0758

sagt, im wesentlichen evakuiert. Dieser mittlere Kern 18 hat einen mit der Höhe abnehmenden Durchmesser, gemessen vom unteren Ende 10b des zylindrischen Hauptkörpers 10a des Zyklons. Im Niveau dieses unteren Endes 10b erreicht demnach die Kerngröße ihren größten Wert. Da ein heißer Gasstrom aus der Sekundärverbrennungskammer 18 über den Verbindungskanal 17 zugeführt wird, steigt er in dem evakuierten Kern 18 auf. Dabei ist es äußerst vorteilhaft, daß der eingeführte heiße Gasstrom in eine wirbelnde Strömung mit der gleichen Wirbelrichtung wie die abwärts gerichteten äußeren umfänglichen Luftwirbel versetzt wird. Auf diese Weise werden Ruß und ähnliche feine Staub-, und Aschenteilchen, die noch in dem derart zugeführten heißen Gasstrom verbleiben, leicht und zentrifugal davon abgetrennt und den luftwirbeln beigemischt, während der Kernstrom in der Achse des Zyklons 10 aufwärts geht. Dieser Abtrennungsvorgang verläuft beschleunigt aufgrund der allmählich nach oben sich verringernden Kernabmessung. Die derart abgetrennten feinen festen Teilchen bewegen sich weiter nach außen zur Innenwand des Zyklons und werden mit den äußeren Luftwirbeln nach unten geführt·

Da das spezifische Gewicht der Rußteilchen verhältnismäßig klein ist, ist es äußerst schwierig sie zentrifugal aus dem Verbrennungsgasstrom in die äußeren Luftwirbel zu befördern.

- 18 809816/075·

üs hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der Anordnung der Sekundärluftdüse- oder Düsen 11 und 11· unter den vorstehend angegebenen Bedingungen ein Flammenvorhang genau an oder nahe der Grenzfläche sich ausbildet, die zwischen dem Zentralwirbelnden, aufwärts gerichteten heißen Kerngasstrom und dem äußeren, abwärts gerichteten Luftwirbelstrom vorhanden ist. Die Rußteilchen werden in diesem Grenzbereich einer wirksamen Verbrennung unterworfen. Insbesondere dann, wenn die zugeführte Sekundärluft vorbereitend erwärmt wird, kann diese Art von Nachverbrennung der restlichen Rußteilchen besonders gut und einfach verwirklicht werden. Allgemein kann jedoch kalte Sekundärluft auch anstelle von vorher erwärmter Luft verwendet werden.

Falls aua irgendwelchen Gründen erforderlich, genügt eine Einblasdüse 11 für Sekundärluft. In der Praxis empfiehlt es sich jedoch, zwei oder sogar noch mehr Düsen zu verwenden. Falls die abwärts gerichteten äußeren Luftwirbel so ausgebildet sind, daß sie einen kleineren Kern 18 haben, ist die Querschnittsfläche, in der eich wirksam eine abwärts gerichtete Strömungskomponente ausbildet, entsprechend groß, und die Einflußwirkung auf den aufwärts gerichteten heißen Kerngasstrom ist entsprechend groß. Falls jedoch der Kerndurchmesser auf diese Weise zu klein wird, d.h. der Winkel β zu groß gewählt wird, ergibt sich eine abträg-

-19-809816/0758

liehe Wirkung durch die gegenseitige Beeinflussung der durch die Düsen 11 und 11' oingeblasenen Sekundärluftströme, wodurch sich die äußeren Luftwirbel nur schlecht ausbilden. Prkatische Versuche haben gezeigt, daß das Verhältnis von D-D' vorzugsweise 0,1 oder größer sein soll; hierbei ist D¹ der wirksame Durchmesser des hohlzylindrischen Hauptkörpere 10a des Zyklons 10 und D der Durchmesser des evakuierten Kernes 18. Bei Vergrößerung dieses Verhältnisees wird die Flammenvorhangv/irkung entsprechend verringert. Daher muß die Obergrenze des Verhältnisses D-D¹ im wesentlichen mit Rücksicht auf diese Wirkung bestimmt werden und sollte vorzugsweise höchstens 0,7 betragen.

Zwischen den Werten von D, D¹ und (3 besteht die folgende mathematische Beziehung:

D-D¹ sin (90° - ρ )

Wenn der größte und kleinste Wert des Verhältnisses D-D', wie oben angegeben, in die vorstehende Formel eingesetzt werden, ergibt sich

< 85° ,

wie bereits erwähnt wurde.

Für praktische Zwecke wird jedoch vorzugsweise

60° r (3 C 80° ,

-20-809816/0758

oder noch besser

70° < (K 80°
gewählt, wie bereits erwähnt.

Zur Wirbelung des aufwärts gerichteten heißen Kerngasstromes gibt es verschiedene Möglichkeiten. Z.B. können die heißen Verbrennungsgase vom Verbindungskanal 17 aus versetzt oder winklig in den Innenraum des zylindrischen Hauptteiles 10a des Zyklons 10 an dessen unterem Ende 10b eingeführt werden. Diese Einleitung des heißen Gases wird vorzugsweise so ausgeführt, daß das Gas aufwärts gerichtete Strömungskomponenten aufweist.

Stattdessen kann auch, obwohl nicht dargestellt, für die Einleitung eine Führung vorgesehen werden, die vom Kanal 17 ausgeht und in der Achse oder dem Axialbereich des Hauptteiles 10a des Zyklons mündet, vorzugsweise im Niveau 10b oder noch darunter. Stationäre Wirbelvorrichtungen oder Leiträder können unmittelbar am Auslaß der Heißgas-Führungsvorrichtung, vorzugsweise einer Leitung, oder dazu eng benachbart angeordnet werden. Ein Teil des heißen Verbrennungsgasstromes, der die zentrifugal abgesonderten feinen Feststoffteilchen enthält, wird natürlich von dem Hauptkernstrom abgetrennt und vereinigt sich mit dem abwärts gerichteten äußeren Luftwirbelstrom und tritt dann in ei-

- 21 809816/07B8

nen umgekehrten Kernraum 10c ein, der die Saugöffnung 13 an seinem unteren Ende aufweist. Dieser Strom wird durch die öffnung aufgrund der Wirkung der Saugzone der Strahlsaugvorrichtung angesaugt und in diesem Bereich dann in der bereits beschriebenen Weise weitergeführt.

Anhand der Fig. 4 - 7 wird eine abgewandelte Ausführungsform des Verbrennungskammersystems beschrieben. Gemäß diesen Zeichnungsfiguren enthält die Verbrennungskammereinheit eine Primärverbrennungskammer 21. Die Einheit enthält außerdem eine Sekundärkammer 22 und drei nachfolgende Verbrennungskammern 23t 24 und 23« die zusammen einen hohlen Block bilden, wie dargestellt, und körperlich und strömungsmäßig hintereinander mittels Verbindungskanälen 26, 27, und 29 verbunden sind. Die fünfte oder letzte Verbrennungskammer 25 ißt über einen Zyklon mit einem Kamin oder Schornstein 30 verbunden. Obwohl nur vereinfacht angedeutet, kann die Zyklon-Schornstein- Anordnung vorzugsweise in der Art ausgeführt sein, wie in Verbindung mit der ersten Aueführungsform beschrieben.

Alle Verbrennungskammern 21 - 25 haben eine gemeinsame Bodenplatte 31t die ^als Teil der Ofeneinheit 37 ausgeführt ist und Durchgänge 32, 32' und 52" aufweist, über die eine Strömungsverbindung zwischen einer waagerecht eich er-

-22-809816/0758

streckenden Heißgasumwälzkammer 33 mit jeder der Verbrennungskammern 21-25 hergestellt wird. Die Kammer 33 kann die gleiche Struktur und Funktion wie die Kammer 4- der ersten Ausführungsiorm haben. Ebenso kann die bauliche und funktioneile Verbindung zwischen der Umwälzkammer 33 und ehern nicht dargestellten Strahlsaugabschnitt im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet sein.

Die ⁿauptverbrennungskammer 21 weist einen Materialeingabeeinlaß 34· auf, der verschließbar ist und etwas über der Rostfläche 31 liegt. Obwohl die Bodenfläche in Fig. 5. als eben eingezeichnet ist, kann sie vorzugsweise konvex sein, wie deutlich in Fig. 6 dargestellt ist. Das gilt auch für die in Fig. 7 gezeigte weitere Abwandlungsform.

In der der Eingabeöffnung 34· gegenüberliegenden Seitenwand der üauptverbrennungskammer 21, siehe Fig. 6, ist eine verschließbare Staub- und Aschenentnahmeoffnung 38 ausgebildet, in gleicher V/eise wie die Öffnung 15 der ersten Ausführungsform. Die verschließbare Öffnung 14- der Kammer 33 hat die gleiche Ausbildung und Funktion wie im ersten Beispiel.

Obwohl in diesem Fall außer einer Sekundärkammer eine drit-

-23-809816/0758

te, vierte und fünfte Verbrennungskammer vorgesehen sind, um eine nahezu vollständige Verbrennung zu erreichen, lab diese abgewandelte Anordnung äußerst kompakt. Dio Arbeitsweise dieser Ofenanordnung ergibt sich ohne weiteres unter Bezug auf die vorstehende bauliche Beschreibung und die Boschreibung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform. Die nicht dargestellten Bauteile können wie im ersten Beispiel ausgeführt sein·

Bei der Ausführungsform nach Pig. 7 sind für Teile, die gleich oder ähnlich wie in Pig. 4-6 ausgeführt sind, die gleichen Bezugszeichen unter Beifügung eines Apostrophs verwendet worden.

Die Bodenplatte 31' ist in dem Bereich der Hauptverbrennungskammer 21' nicht mit Durchgängen versehen, um leicht solches Material verbrennen zu können, das flüssig oder teeähnlich ist oder wenigstens einen beträchtlichen Teil an brennbaren flüssigen Bestandteilen enthält. Dieses Merkmal ist auch in der ersten Ausführungsform nach Pig. 1-3 verwendet worden. Im vorliegenden Pail werden heiße Gase aus der Umwälzkamraer 33' in die Hauptyerbrennungskammer 21· durch einen Verbindungskanal 35 geleitet, der am Stromabwärtigen Ende der Kammer 33 oder eng benachbart zu diesem Ende ausgebildet ist, ähnlich wie bei dem ersten Beispiel.

- 24 809816/0758

An einer Zwischenstelle, bezogen auf die Längsrichtung der Kammer 33' ist ein einstellbares Hindernis oder ein Block 36 vorgesehen, der von der Außenseite der Ofenanordnung 37' gesenkt oder angehoben werden kann, wie durch den Doppelpfeil A angedeutet wird, in dem ein Handrad oder dergleichen und übliche, bewegungsubertragende Mittel, wie Ketten, Schrauben usw., betätigt werden, die im einzelnen nicht dargestellt sind. Durch Einstellung der wirksamen Höhe A dieser Sperre 36 kann die Verteilung der heißen Gase zwischen der Haupt- und den anschließenden zusätzlichen Verbrennungskammern 21' - 25' über den Kanal 35 und die Roste 32', 32" je nach den Erfordernissen abgewandelt werden.

- ANSPRÜCHE -

809816/0758

Claims

ANSPRÜCHE :

Verbrennungsofen mit einer Verbrennungskammer, einem Zyklon und einer Rauchgasführung, dadurch gekennzeichnet, das der zwischen Verbrennungskammer und Abzug liegende Zyklon (10) im oberen Bereich eine oder mehrere Düsen zur Einführung von Sekundärluft (11,11·) aufweist, die einen abwärts gerichteten Luftwirbelstrom innerhalb des Zyklons ausbilden, während die Ab-Gase von der Verbrennungskammer aus über einen Kanal (17) in den evakuierten Kern des Luftwirbelstromee eingeleitet werden, sodaß eine Zentrifugalabtrennung schwererer Staubteilchen aus den Abgasen stattfindet, von denen ein Teil als Beimischung der Sekundärluft zur Umwälzung in einen Ansaugbereich (10c,13,3) zurückgeführt werden.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Zyklons (10) konzentrisch an das untere Ende eines Kamins (16) anschließt, dessen oberes Ende zur Atmosphäre offen ist.
3· Ofen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Strahlsaugvorrichtung (3)« deren Ansaugeinlaß (13) am unterenEnde des Zyklons (10) liegt.

-26-

809816/0750

ORIGfNÄL INSPECTED

J,
4. Ofen nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch eine Heißgasumwälzkammer (4), deren Einlaß an das Auslaßende der Strahlsaugvorrichtung (3) anschließt.
5· Ofen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mehrere Verbrennungskammern (6,8;2i-25), die mit dem stromabwärt igßn Ende der Umwälzkammer (4;33) verbunden sind..
6. Ofen nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptverbrennungskammer (6;21) mit einem Einlaß (7;34·) für das Brennmaterial ausgebildet ist.
7. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner (1) in der Strahlsaugvorrichtung (3) angeordnet ist und der Umwälzkammer (4) heiße Verbrennungsgase als antreibendes gasförmiges Medium des Ofens zuführt·
8. Ofen nach Anspruch 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgas-Umwälzkammer (4;33) in einem niedrigeren Niveau als das Verbrennungskammersystem und vorzugsweise unmittelbar darunter angeordnet ist·
9· Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse (11,11') einen Neigungewinkel von etwa 45-85° gegenüber einer Tangente hat, die am Durchtrittspunkt der Düse den

-27- 809816/0758

kreisförmigen Umriß des Zyklons berührt, gesehen in einer horizontalen Ebene.
10. Ofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse (11,1I¹) nach unten unter einem Winkel von 0-30° gegenüber einer waagerechten Ebene geneigt ist.
11. Ofen nach Anspruch 5 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der einzelnen Kammern (6,8;21-25) der Verbrennungakammeranordnung in einem Niveau liegen und ein oder mehrere Böden mit Durchlässen (9a;32,32') in Gestalt von Rosten versehen sind, die eine Verbindung mit der Umwälzkammer (^;33) herstellen.

809816/0758