DE2748785A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die verbrennung von pyrolysegasen an ort und stelle in einem ofen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung fuer die verbrennung von pyrolysegasen an ort und stelle in einem ofenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2201/00—Pretreatment
- F23G2201/30—Pyrolysing
- F23G2201/303—Burning pyrogases
Description
DIPL.-ING. SCHWABE D*. DU. SANDMAIR 2 7 A 8 7 8
PATENTANWÄLTE
Anvmltsakte 28 550 3 1. OKT. 1377
MONSAHTO COMPANY, ST.LOUIS, Mo. USA
Verfahren und Vorrichtung für die Verbrennung von Pyrolysegasen an Ort und
Stelle in einem Ofen
Ansprüche
»W : MKOCTAHTaTCMT
9*3310 TELEX: 05245MKROd FbmkMi Mock* 653 43-SDI
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem
Material in einem Drehofen, in welchem wenigstens ein Teil der für die Pyrolyse notwendigen Wärme durch Verbrennung wenigstens eines Teils der Pyrolysegase an Ort
und Stelle erzeugt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Zufuhr
und die Verteilung eines sauerstoffhaltigen Gases am Brennerende eines mit direkter Feuerung arbeitenden Drehofens
zum Aufrechterhalten der Verbrennung der Pyrolysegase an Ort und Stelle.
Die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material in direkt befeuerten Drehöfen sowie die Verbrennung wenigstens eines
Teils der Pyrolysegase an Ort und Stelle für die Erzeugung wenigstens eines Teils der für die endotherme Pyrolysereaktion
benötigten Wärme sind allgemein bekannt. Um eine oxydative Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials
zu verhindern oder auf ein Mindestmaß zu beschränken, werden dem Ofen gesteuerte Mengen von Luft, Sauerstoff oder
sauerstoffhaltigen Gasen zugeführt, welche für die Verbrennung der Pyrolysegase an Ort und Stelle notwendig sind.
Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mittels welcher die jeweils benötigten Luftmengen zugeführt
werden können, um das gewünschte Ausmaß der Verbrennung an Ort und Stelle sowie ein gewünschtes Temperaturprofil
über die Länge des Ofens aufrechtzuerhalten.
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In bekannten Anordnungen wird gewöhnlich Luft mittels Winddüsen an vorbestimmten, in gewissen Abständen vom
Brennerende und vom Eintragsende des Ofens gelegenen Stellen entlang dem Ofen zugeführt. Diese Zufuhrstellen
sind gewöhnlich so gewählt, daß sie mit den Funkten von gewünschten Temperaturmaxima im Temperaturprofil des
Ofens zusammenfallen. Die Steuerung der Ofentemperatur und des Temperaturprofils, d.h. der Lage der Temperaturmaxima, erfolgt dann durch Steuerung der Zufuhrmengen an
Luft und/oder des kohlenstoffhaltigen Materials. Beispiele für solche Verfahren sind in den US-Patentschriften
3 966 560, 3 888 621 und 2 813 822 beschrieben.
Es sind ferner Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen wenigstens der größte Teil der für die Verbrennung
an Ort und Stelle benötigten Luft am Brennerende des Ofens zugeführt wird. Soweit bekannt wird die Verbrennungsluft
in solchen Verfahren und Vorrichtungen über die wenigstens eine Brennerdüse und wenigstens eine in oder nahe
der Brennerhaube angeordnete Luftdüse zugeführt. Dabei wird dem Brenner beträchtlich mehr Luft zugeführt als
für die Verbrennung des Brennstoffs notwendig ist, so daß die überschüssige Luft dann für die Verbrennung der
Pyrolysegase an Ort und Stelle verfügbar ist. Beim Abstellen der Brennerflamme wird dann weiterhin wenigstens
soviel Luft über den Brenner zugeführt, daß eine Beschädigung der Brennerdüse durch Erhitzung verhindert wird.
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Wird die Luft für die Verbrennung der Pyrolysegase in dieser Weise in einen Bereich eingeblasen, in welchem
die expandierenden Verbrennungsprodukte der Brennerflamtne noch nicht die Wandung des Ofens erreicht haben, so bewirken
die Luftstrahlen und die Strahlen der Brennergase die Entstehung einer Eezirkulation der Brennergase, der Luft
und der Pyrolysegase, so daß sich innerhalb der Brennerhaube oder im Brennerende des Ofens ein Feuerball ausbildet,
Dieser bewirkt einen übermäßigen Temperaturanstieg am Brennerende des Ofens und erschwert die Steuerung des
Temperaturprofils. Die übermäßige Erhitzung kann außerdem zu Beschädigungen der feuerfesten Auskleidung oder des
Mantels des Ofens aufgrund von Wärmedehung und Spannungen führen.
Die gleiche Erscheinung tritt auch nach dem Abstellen der
Brennerflamme auf, da die aus der Brennerdüse und den Luftdüsen austretenden Luftstrahlen eine Saugwirkung ausüben,
welche eine Eezirkulation der Pyrolysegase und der Luft zur Folge hat.
Es ist daher notwendig, entweder die Entstehung des Feuerballs zu verhindern, seine Wärme zu verringern oder ihn
an eine vom Brennerende entfernte Stelle des Ofens zu verlagern, an welcher ein gesteuertes Temperaturmaximum
im Temperaturprofil erwünscht ist. Es ist bisher nirgendwo beschrieben wie dies bei einer Pyrolysereaktion erzielbar
ist, bei welcher eine gesteuerte Verbrennung der Pyrolyse gase an Ort und Stelle unter Verwendung von am oder nahe
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dem Brenner zugeführter Verbrennungsluft gewünscht ist.
Sie vorstehend erörterten Verfahren und Vorrichtungen, bei denen die Luft an vom Brennerenden entfernten Stellen
zugeführt wird, bieten keine Losung, da die Luft hier in solchen Bereichen des Ofens zugeführt wird, in denen die
Verbrennungsgase des Brenners sich bereits bis zu den Ofenwandungen ausgedehnt haben, so daß die bei der Luftzufuhr nahe dem Brenner beobachtete Rezirkulation nicht
auftritt. Ferner gehen diese Verfahren davon aus, daß die Lage eines Temperaturmaximums nur über eine Steuerung der
Zufuhr von Luft und/oder des kohlenstoffhaltigen Materials und damit des Anteils der an Ort und Stelle verbrannten
Pyrolysegase steuerbar ist. Dies ist jedoch nicht immer wünschenswert oder durchführbar. Eine Verringerung der
Zufuhr des kohlenstoffhaltigen Materials beeinträchtigt die Kapazität des Verfahrens und des Ofens. Eine Steuerung
der Luftzufuhr ist nicht durchführbar, wenn die vollständige Verbrennung der Pyrolysegase an Ort und Stelle
erwünscht ist, und ist spgar von Nachteil~,~ wenn eine
nur teilweise Verbrennung an Ort und Stelle erwünscht ist und der Überschuß der Pyrolysegase in einem getrennten
Nachbrenner oder Ofen verbrannt werden soll, um seinen Heizwert etwa zur Dampferzeugung zu nutzen, wobei jedoch
größere Schwankungen des Heizwerts der Ofengase deren Ausnutzung zur Energiegewinnung in Frage stellen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Pyrolyse von kohlenfstoffhaltigem Material in einem
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direkt befeuerten Drehofen, in welchem wenigstens ein Teil der Pyrolysegase mit einem am Brennerende des Ofens
zugeführten sauerstoffhaltigen Gas an Ort und Stelle verbrannt wird, ohne daß es am Brennerende zu einer unerwünschten
Eezirkulation der Pyrolysegase und des sauerstoffhaltigen Gases kommt.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material.,
unter verbesserter Temperatursteuerung in einem direkt befeuerten Drehofen, bei welchem wenigstens ein Teil der
Pyrolysegase mit am Brennerende des Ofens zugeführtem sauerstoffhaltigem Gas an Ort und Stelle verbrannt wird.
Insbesondere schafft die Erfindung ein Verfahren für die Pyrolyse eines kohlenstoffhaltigen Materials in einem
direkt befeuerten Drehofen, bei welchem wenigstes ein Teil der für die Pyrolyse notwendigen Wärme durch Verbrennung
wenigstens eines Teils der im Ofen freigesetzten Pyrolysegase mit gesteuerten Mengen eines am Brennerende
des Ofens zugeführten sauerstoffhaltigen Gases an Ort und Stelle erzeugt wird, das zu pyrolysierende kohlenstoffhaltige
Material dem Ofen an einem Ende zugeführt wird und sich im Gegenstrom zur Strömung der Gase im Ofen zum
Brennerende desselben hin bewegt, die Strömungsgeschwindigkeit von aus dem Brenner austretenden Gasen, d.h. von
Brenngasen und/oder Verbrennungluft, sowie des sauerstoffhaltigen
Gases im Brennerende des Ofens derart gesteuert wird und das sauerstoffhaltige Gas derart über
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einen genügend großen Anteil des inneren Radialquerschnitts
des Brennerendes des Ofens verteilt wird, daß eine Craya-Curtetzahl von wenigstens 0,2 erzielt wird.
Der Ausdruck "kohlenstoffhaltiges Material" bezeichnet hier jede Art von durch Hitze zersetzbarem organischem
Material wie etwa Holz und anderen pflanzlichen Stoffen, Kohle, Erdölkoks, entwässerte Abwasserschlämme, Müll usw..
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als kohlenstoffhaltiges Material Müll verwendet, wie er
in Müllkippen und dergl. anfällt. Dabei kann es sich um Haushalts- und/oder Industriemüll und -abfalle handeln.
Für die Verarbeitung gemäß der Erfindung braucht das kohlenstoffhaltige Material dabei nicht von in solchem
Müll enthaltenem Metall, Glas usw. getrennt zu werden.
Der Ausdruck "säuerstoffhaltiges Gas" bezeichnet hier
sowohl Sauerstoff als auch Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder andere Gase, welche einen beträchtlichen Sauerstoffgehalt aufweisen. In einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird Luft wegen ihrer allgemeinen Verfügbarkeit verwendet. Im folgenden ist deshalb
jeweils von Luft die Rede, wobei zu berücksichtigen ist, daß auch andere sauerstoffhaltige Gase ebenso verwendbar
sind.
Der Ausdruck "Crava-Curtetzahl" bezeichnet ein Maß für das
aerodynamische Strömungsmuster eines begrenzten turbulenten Strahle. Die Bestimmung der Craya-Curtetzahl in einem
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zylindrischen Raum etwa eines Drehofens ist im einzelnen erläutert in: H.A. Becker, H.C. Hottel und G.C. Williams,
"Mixing and Flow in Confined Turbulent Jets", veröffentlicht in "Ninth Symposium (International) on Combustion"
(Academic Press, 1963, S. 7 bis 20).
Es hat sich gezeigt, daß bei Zufuhr der für die Verbrennung des gewünschten Anteils der Pyrolysegase an Ort und
Stelle benötigten Luft am Brennerende des Ofens mit einer solchen Geschwindigkeit und einer solchen Verteilung über
den Innenquerschnitt des Ofens an dessen Brennerende, daß die Craya-Curtetzahl wenigstens 0,2, vorzugsweise
wenigstens 0,4 und insbesondere wenigstens 0,7 beträgt,
die Eezirkulation der Pyrolysegase und der Luft zurück in die Brennerhaube oder in das Brennerende des Ofens
auf ein Mindestmaß beschränkt oder weitgehend unterbunden ist und der eine geringere Wärme aufweisende Feuerball
entlang dem Ofen an eine vom Brennerende entfernte Stelle verlagert ist. Solange der Brenner in Betrieb ist, muß
zur Bestimmung der zur Erzielung der gewünschten Craya-Curtetzahl erforderlichen Geschwindigkeit und Verteilung
der Luft auch der Einfluß der Geschwindigkeit der Brennergase
berücksichtigt werden. Autfh nach Abstellen der Brennerflamme wird häufig die Luftzufuhr zum Brenner aufrecht
erhalten, um die Brennerdüse zu kühlen und ihre Beschädigung durch Erhitzung zu verhüten. In diesem Falle muß
auch die Geschwindigkeit der aus der Brennerdüse austretenden Luft berücksichtigt werden.
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Bei einer Craya-Curtetzahl von ca. 0,2 verlagert sich
der Feuerball von der Brennerhaube oder vom Brennerende des Ofens um ca. 0,8 bis 1 Ofendurchmesser in den Ofen
hinein. Dabei wird jedoch die Wärme des Feuerballs nicht in nennenswertem Maße verringert. Me Craya-Curtetzahl 0,2
stellt daher bei der Durchführung der Erfindung das Mindestmaß dar.
Bei einer Craya-Curtetzahl von ca. 0,4 verlagert sich der
Feuerball um ca. 1,5 Ofendurchmesser in den Ofen hinein und die Bezirkulation ist soweit vermindert, daß die
Wärme des Feuerballs beträchtlich niedriger liegt. In dieser bevorzugten Ausführungsform mit einer Craya-Curtetzahl von 0,4 sind also beträchtliche Vorteile bei Durchführung der Erfindung erzielbar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einer
Craya-Curtetzahl von ca. 0,7 nimmt die Gasströmung am
Brennerende des Ofens nahezu die gesamte Querschnittsfläche in Anspruch, so daß sich der Feuerball um ca. 2,5
Ofendurchmesser in den Ofen hinein verlagert und seine
Wärme weiterhin betrachtlich verringert ist.
Bei der lyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material in einem
Drehofen mit Verbrennung der lyrolysegase an Ort und Stelle ist es vorteilhaft, die oxydierende Atmosphäre
der verbrennenden fyrolysegase oberhalb des zu pyrolyeierenden kohlenstoffhaltigen Materials zu halten, um die
Berührung des Materials mit der oxydierenden Atmosphäre auf ein Mindestmaß zu be schlanken, da anderenfalls eine
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teilweise Verbrennung des Materials anstatt der I^rrolyse
einträte.
Wenngleich es also vorteilhaft wäre, die Verbrennungsluft
möglichst gleichmäßig über den gesamten Innenquerschnitt des Drehofens am Brennerende desselben verteilt zuzuführen,
läßt es die Möglichkeit einer Entzündung des kohlenstoffhaltigen Materials und des Entweichens eines
Teils der Verbrennungsluft mit den am Brennerende des Ofens ausgetragenen festen Rückständen zweckmäßig erschei
nen, die Verbrennungsluft so zuzuführen, daß sie im wesentlichen oberhalb des Betts des zu pyrolysierenden
kohlenstoffhaltigen Materials bzw. der festen Rückstände am Brennerende des Ofens derart verteilt ist, daß die
erforderliche Craya-Curtetzahl erzielt wird.
Die zugeführte Verbrennungsluft kann in verschiedener Weise derart verteilt werden, beispielsweise durch die
Verwendung einer den Brenner derart umgebenden Zufuhrkammer, daß die Luft über eine Vielzahl von den Stahlmantel
und die feuerfeste Auskleidung der Brennerhaube oberhalb des Betts aus festen Rückständen am Brennerende
des Ofens durchsetzenden Offnungen in die Brennerhaube einströmen kann und dabei über einen großen Teil der
Querschnittsfläche des Brennerendes des Ofens verteilt wird.
Anderenfalls kann die Verbrennungsluft der Brennerhaube über ein Verteilerrohr zugeführt werden, welches dit·
Brennerhaube umgibt und von welchem aus sich mehrere
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Zweigleitungen durch die feuerfeste Auskleidung der Brennerhaube hindurch in diese hinein erstrecken.
In einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung ist
der Ofen an seinen Brennerende von einer Zufuhrkammer
umgeben, aus welcher die Luft durch einen ringförmigen Spalt zwischen dem Ofenmantel und der Brennerhaube hindurch in die Brennerhaube eingeblasen wird. Dabei strömt
die zugeführte Luft zunächst rückwärts zur hinteren Wand der Brennerhaube. Die auf diese Weise zugeführte Luft
wird durch die Saugwirkung der expandierenden Brennergase oder, nach Abstellen der Brennerflamme, der über
die Brennerdüse zugeführten Luft und/oder der innerhalb des Ofens verbrennenden I^yrolysegase sowie durch das
Auftreffen auf der hinteren Wand der Brennerhaube besonders gut verteilt. Auf jeden Fall erbringt die Luftverteilung
in dieser Ausführungsfo.rm der Erfindung im wesentlichen
die gleichen Ergebnisse wie durch Analyse anhand der Craya-Curtetzahl vorausberechnet.
Die Zufuhrkammer kann mit Begrenzungswänden versehen sein, welche einen Luftzufuhrbereich darin begrenzen, um den
Anteil des Umfange des Ofens, über welchen die Luft zugeführt wird, zu bestimmen. Es können mehrere solche Begrenzungswände vorhanden sein, welche es dann ermöglichen,
die Umfangserstreckung des Luftzufuhrbereichs zu vergrößern oder zu verkleinern. Die Begrenzungswände können
als um 90° verdrehbare Klappen auegebildet sein, welche die Luftströmung in der Zufulirkammer wahlweise durchlassen
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oder sperren. Anderenfalls können die Begrenzungswände
als Schieber ausgebildet sein, welche mittels außerhalb der · Zufuhrkammer angeordneter Bedienungseinrichtungen
öffnend und schließend betätigbar sind. Derartige Begrenzungswände können je nach Art des zu verarbeitenden
kohlenstoffhaltigen Materials und nach den Betriebseigenschaften des Ofens und des Brenners sowie nach der unter
bestimmten Betriebsbedingungen für die gesteuerte Verbrennung an Ort und Stelle benötigten Luftmenge eingestellt
werden, um die Umfangserstreckung des Luftzufuhrbereichs und damit die Querschnittsfläche des Ofens am
Brennerende, über welche die Luft verteilt wird, nach, Bedarf zu ändern. Es ist auch möglich, die Umfangserstreckung
des Luftzufuhrbereichs kontinuierlich verstellbar zu machen, wozu dann zwei entlang dem Umfang der
Zufuhrkammer verschiebliche Begrenzungswände notwendig sind.
In dieser Ausführungsform erstreckt sich der Luftzufuhrbereich vorzugsweise über einen Umfangswinkel von wenigstens
ca. 120° am oberen Teil des Ofens. Da das Bett aus kohlenstoffhaltigem Material aufgrund der Drehung des
Ofens gewöhnlich in einem gewissen Winkel zur Waagerechten angeordnet ist, sind die den Luftzufuhrbereich in der
Zufuhrkammer begrenzenden Wände vorzugsweise so angeordnet, daß der Luftzufuhrbereich oberhalb des Materialbetts
liegt.
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Für die Durchführung der Erfindung ist ein sich an der
Oberseite des Ofens über einen Umfangswinkel von 120° erstreckender Luftzufuhrbereich ausreichend. Vorzugsweise erstreckt sich der Luftzufuhrbereich jedoch über
einen Winkel von 200° entlang de« Umfang des Ofens.
Die Erfindung findet Anwendung insbesondere für die Pyrolyse von städtischem Will unter Anwendung von Verfahren
und Vorrichtungen wie sie insbesondere in den US-Patentschriften 3 862 887 und 3 79* 565 beschrieben sind.
Im folgenden sind Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
direkter Feuerung in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie Z-Z in Fig. 1,
Anordnung mit Luftzufuhr über am Brennerende eines Ofens angeordnete Düsen und einem sich dabei ergebenden, sehr heißen Feuerball in der Brennerhaube
oder im Brennerende des Ofens, worin die Brennergase durch gestrichelte und die Luft durch ausgezogene Pfeile dargestellt sind,
Fig. 4 eine schematisierte Darstellung der Strömungen von
Luft und Brennergasen in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, in * elcher die Pfeile die gleiche
Bedeutung haben wie in Fig. 3 809818/1011
Fig. 5 eine Stirnansicht einer Brennerhaube in ihrer
Stellung relativ zum Drehofen in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Ein in Fig. 1 gezeigter direkt befeuerter Drehofen 1
hat einen äußeren Stahlmantel 2 mit einer feuerfesten Auskleidung 3. Eine an einem Ende des Ofens 1 angeordnete
Brennerhaube 4 enthält einen Brenner 5 für die Verbrennung
eines Zusatzbrennstoffs, etwa Gas oder öl, während des Anfahrens des Ofens und je nach Bedarf auch im laufenden
Betrieb desselben. Ein in die Brennerhaube 4- einbezogener
Fallschacht 6 für feste Rückstände ist beispielsweise mittels einer Wasserfüllung gegen unerwünschten Lufteintritt
in den Ofen abgedichtet. Die Brennerhaube 4· hat ebenfalls einen Stahlmantel 7 und eine feuerfeste Auskleidung
8. Es handelt sich hier um einen direkt befeuerten Ofen mit einem Brenner, dessen Flamme innerhalb
der Brennerhaube oder des Ofens selbst brennt.
Eine am anderen Ende des Ofens 1 angeordnete Eintragshaube 9 enthält Einrichtungen für den Eintrag von kohlenstoffhaltigem
Material in den Ofen unter Ausschluß von unerwünschter Luft, beispielsweise in Form eines Kolbenschubrohrs
10 und einer Rutsche 11. Ferner hat die Eintragshaube
einen Fallschacht 12 für zurückfallendes Material, welcher beispielsweise durch eine Vasserfüllung
gegen den Zutritt von Luft abgedichtet ist. Ferner hat die Eintragshaube eine Abzugsleitung 13 für den Abzug
von Gasen aus dem Ofen. Das Eintragsende des Ofens
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stellt kein Teil der Erfindung dar, diese ist vielmehr
in keiner Weise auf spezielle Eintrags- und Abzugseinrichtungen für das Material bzw« die Gase beschränkt.
Entlang dem Umfang des Ofens erstreckt sich eine Zufuhrkammer 14, von welcher eine Wand teilweise vom Stahlmantel 7 der Brennerhaube gebildet ist oder sich in fester
Anlage an diesem befindet. Me Zufuhrkammer 14 ist über (nicht gezeigte) Einrichtungen mit einer Quelle für Luft
oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise über eine Leitung mit einem Gebläse verbunden, welches
die benötigte Luftmenge mit dem notwendigen Druck liefert. Vorzugsweise ist die Zufuhrkammer 14 durch eine Trennwand
15 in zwei Bereiche A, B unterteilt, wodurch eine gleichmäßigere Verteilung der dem Ofen zugeführten Luft erzielbar ist. Die Trennwand 15 ist von wenigstens einer Öffnung 16 durchsetzt, durch welche hindurch Luft zwischen
den Bereichen A und B strömen kann. Die Öffnung 16 kann
ein sich in ümfangsrichtung entlang dem gesamten Luftzufuhrbereich der Zufuhrkammer erstreckender Schlitz
sein. Vorzugsweise weist die Trennwand jedoch mehrere wahlweise in geraden Reihen oder versetzt zueinander
entlang dem gesamten Luftzufuhrbereich der Zufuhrkammer angeordnete Öffnungen 16 in Form von runden Löchern oder
Schlitzen auf. Aufgrund des von den Öffnungen 16 hervorgerufenen Strömungswiderstands wird die dem Bereich A
der Zufuhrkammer zugeführte Luft beim Einströmen in den Bereich B gleichmäßiger entlang dem Luftzufuhrbereich
verseilt.
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Der unerwünschte Zutritt von Luft in den Ofen ist durch Dichtungen 17 verhindert. Die Pyrolyse mit Verbrennung
der Pyrolysegase an Ort und Stelle erfordert eine sorgfältige Steuerung der dem Ofen zugeführten Luft. Der
Luftzutritt über Undichtigkeiten ist gewöhnlich nicht steuerbar und daher unerwünscht. Wirksame Dichtungen,
welche den unerwünschten Luftzutritt auf ein im Hinblick auf die Steuerung des Verfahrens unerhebliches Maß
begrenzen, sind allgemein bekannt und schränken die Erfindung nicht ein.
Der Ofen 1 ruht auf Rollen und Lagern, von denen wenigstens eines einen Drehantrieb aufweist. Zwischen dem
Stahlmantel 2 des so gelagerten Ofens und der Brennerhaube 4 ist ein Ringspalt 18 vorhanden. Je nach den Abmessungen
des Ofens und der Wärmedehnung des Stahlmantels 2 kann der Ringspalt 18 eine Breite bis zu 5»O8 biß 8,62 cm
haben. Er ist in jedem Falle breit genug für den Durchtritt der Luft aus der Zufuhrkammer 14 in die Brennerhaube
4.
Fig. 2 zeigt die innere Gestaltung der Zufuhrkammer 14 sowie ihre Beziehung zum Ofen 1. Der Zustrom der Luft in
den Bereich A und durch die Offnungen 16 hindurch in den Bereich B ist durch Pfeile dargestellt. Die Zufuhrkammer
14 weist zwei Begrenzungswände 19 auf, welche den unteren Teil der Zufuhrkammer absperren und einen Zufuhrbereich
begrenzen. Die Zufuhrkammer 14 kann auch an den Begrenzungswänden 19 enden, wobei dann der Ringspalt 18 im
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unteren Bereich des Ofens zwischen den Enden der Zufuhrkammer 14 durch eine geeignete Sichtung verschlossen
sein muß.
Die Zufuhrkammer 14 braucht den Ofen 1 also nur über einen solchen Teil seines Umfangs zu umgeben, wie im Höchstfall für die Durchführung des Verfahrens notwendig ist,
wobei dann zusätzliche Begrenzungswände 19 in der Zufuhrkammer vorgesehen sein können, um den Luftzufuhrbereich
je nach Bedarf in Umfangsrichtung begrenzen zu können. Die Zufuhrkammer 14 braucht sich nur dann um den gesamten
Ofen herum zu erstrecken, wenn es für die Durchführung des Verfahrens erwünscht ist, daß sich der Luftzufuhrbereich entlang dem gesamten Umfang des Ofens erstreckt.
In Fig. 3 und 4 ist jeweils der Strömungsverlauf von Luft
und Verbrennungsgasen 3chematisch dargestellt. In Fig. erkennt man die unerwünschte Bezirkulation der Gase, aufgrund deren sich ein Feuerball 20 in oder nehe der Brennerhaube ausbildet. Fig. 4 zeigt dagegen ein idealisiertes
Strömungsmuster der Luft und der Verbrennungsgase bei Anwendung der Erfindung. Die Gasströmung nimmt hier mehr
oder weniger die gesamte Querschnittsfläche des Ofens ein, wodurch die Bezirkulation der Gase verringert und der
weniger heiße Feuerball 20 weiter zum Eintragsende des Ofens hin verlagert ist. Die Strömung der Verbrennungsgase ist durch gestrichelte und die der Luft durch ausgezogene Pfeile dargestellt. Die Richtung und Länge der
Pfeile geben die Strömungsrichtung bzw. die relative
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Strömungsmenge an. Die Größe des Feuerballs 20 in Fig. 3 und 4- dient der nicht an einen besonderen Maßstab gebundenen
Darstellung der Wärmeintensität des Feuerballs bei im übrigen gleichen Parametern. Die erzielbare Verringerung
der Wärmeintensität ist von den angewendeten Verfahrensparametern abhängig.
Im Betrieb kann Luft mittels eines (nicht gezeigten) Gebläses in die Zufuhrkammer 14 geblasen werden, in welcher
sie sich im Bereich A verteilt, durch die öffnungen 16 in den Bereich B strömt und von diesem aus durch
den Ringspalt 18 in die Brennerhaube 4 tritt. Die Menge der Luft, der Druck, unter welchem sie zugeführt wird
und die Erstreckung des Luftzufuhrbereichs der Zufuhrkammer entlang dem Umfang des Ofens werden je nach den Verfahrensbedingungen
für das gewünschte Ausmaß der Verbrennung der Pyrolysegase an Ort und Stelle, ferner je nachdem,
ob über die Brennerdüse Luft für die Verbrennung an Ort und Stelle zugeführt wird und schließlich je
nach der zur Erzielung der gewünschten Craya-Curtetzahl
notwendigen Strömungsgeschwindigkeit und Verteilung der Luft über die radiale Querschnittfläche am Brennerende
des Ofens bestimmt. Nach Festlegung der Konstruktion des Ofens und des Brenners, der Betriebsbedingungen und der
Erfordernisse des Verfahrens sind diese Parameter für jedes vorgegebene Verfahren ohne Schwierigkeit bestimmbar.
Vorzugsweise sind jedoch in jedem Falle (nicht gezeigte) Einrichtungen zum Steuern dos Luftdrucks sowie Begren-
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zungswände 19 vorgesehen, um die genannten Parameter den üblicherweise auftretenden Änderungen der Verfahrensbedingungen, beispielsweise Änderungen der Materialzufuhr,
Verschiebungen des Temperaturprofils im Ofen, Änderungen der Zusammensetzung oder des Pyrolyseverhaltens des kohlenstoffhaltigen Materials usw. anpassen zu können. Der
zuletzt genannte Faktor stellt ein besonders Problem bei der Verarbeitung von städtischem Müll dar, da dessen
Zusammensetzung sich in weiten Bereichen ändern kann.
Gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß der Brenner 5 die ganze Zeit arbeitet. Zahlreiche Pyrolysereaktionen können sich durch die Verbrennung wenigstens
eines Teils der dabei freigesetzten Gase an Ort und Stelle selbst tragen. Auch in diesem Falle und insbesondere wenn
die Luftzufuhr über die Brennerdüse fortgesetzt wird, stellt die Bezirkulation von Luft und Pyrolysegasen in
die Brennerhaube und die dadurch bewirkte Ausbildung eines Feuerballs in oder nahe der Brenn e rhaube ein
Problem dar, welches durch die Erfindung gelöst ist.
Fig. 5 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, in welcher Luft über eine Zuführleitung 21 und eine Anzahl von an dieser angeschlossenen Zweigleitungen 22 durch die feuerfeste Auskleidung 8 der Brennerhaube 4- in diese eingeblasen wird. Je größer dabei
die Anzahl der Zweigleitungen 22 ist, um so gleichmäßiger wird die Luft innerhalb des Ofens verteilt. Obgleich die
Luft in dieser Ausführungsform an einzelnen entlang dem
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Umfang des Ofens verteilten Stellen zugeführt wird, sind mit dieser Ausführungsform im wesentlichen die gleichen
Ergebnisse erzielbar wie mit einer das Brennerende des Ofens umgebenden Zufuhrkammer, wobei die anhand dieser
Ausführungsform erörterten Grundsätze, wie weit sich die Zufuhrkammer um das obere Teil des Ofens herum
erstrecken muß, um die gewünschten Craya-Curtetzahlen
zu erzielen, in der zweiten Ausführungsform für die Anordnung der Zuleitung 21 und der Zweigleitungen 22
um die Brennerhaube und den Ofen herum anwendbar sind.
Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung,
einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl
für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Claims (11)
- Patentansprüche;My Verfahren für die Pyrolyse eines kohlenstoffhaltigen Materials in einem Drehofen nit direkter Feuerung, bei welchem wenigstens ein Teil der für die lyrolyse benötigten thermischen Energie durch Verbrennung der im Ofen freigesetzten I^xolysegase mit gesteuerten Mengen eines am Brennerende des Ofens zugeführten sauerstoffhaltigen Gases an Ort und Stelle erzeugt wird und das zu pyrolysierende kohlenstoffhaltige Material dem Ofen an einem Ende zugeführt wird und sich im Gegenstrom zu den Gasen im Ofen zu dessen Brennerende bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit von dem Brenner gegebenenfalls zugeführten Brenngasen und des säuerstoffhaltigen Gases im Brennerende des Ofens derart gesteuert wird und das sauerstoffhaltige Gas derart über eine genügend große radiale Querschnittsfläche des Brennerendes des Ofens verteilt wird, daß eine Craya-Curtetzahl von wenigstens 0,2 erzielt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Craya-Curtetzahl wenigstens 0,4- beträgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas Luft ist.
- 4·. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Luft dem809818/1011ORIGINAL INSPECTEDBrennerende des Ofens über eine ringförmige Kammer zugeführt wird, welche zwischen dem Ende des Ofenmantels und einer Brennerhaube geformt ist und sich an der Oberseite des Ofens über einen Umfangswinkel von wenigstens 120° erstreckt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Craya-Curtetzahl wenigstens 0,4-beträgt.
- 6. Drehofen für die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material, gekennzeichnet durch einen hitzebeständig ausgekleideten Ofenraum (1, 2, 3)» durch eine Eintragshaube (9) an einem Ende desselben, durch eine Brennerhaube (4-) am anderen Ende desselben, durch wenigstens einen in der Brennerhaube angeordneten Brenner (5), durch eine Gas-Abzugsleitung (13) nahe der Eintragshaube und durch Einrichtungen (14- bis 18) für die gesteuerte Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases nahe der Brennerhaube, wobei dem Ofen über die Eintragshaube zugeführtes kohlenstoffhaltiges Material pyrolysiert und die verbleibenden festen Rückstände nahe der Brennerhaube ausgetragen werden, wenigstens ein Teil der für die pyrolyse benötigten Wärme durch Verbrennung der Pyrolysegase mit gesteuerten Mengen des nahe der Brennerhaube dem Ofen zugeführten sauerstoffhaltigen Gases an Ort und Stelle im Ofen erzeugt wird und die Pyrolysegase sowie die Verbrennungsprodukte derselben im Gegenstrom zu dem pyrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Material strömen, towie ferner durch Einxich-809818/1011tungen zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit von gegebenenfalls aus dem wenigstens einen Brenner austretenden Gasen und des sauerstoffhaltigen Gases innerhalb des Ofens, wobei die Einrichtungen für die gesteuerte Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases so ausgebildet sind, daß das sauerstoffhaltige Gas über einen genügend grüßen Anteil des inneren radialen Querschnitts des Ofens am Brennerende des Ofens verteilt wird, um eine Craya-Curtetzahl von wenigstens 0,2 zu erzielen.
- 7. Drehofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für die gesteuerte Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases so ausgebildet sind, daß eine Craya-Curtetzahl von wenigstens 0,4 erzielbar ist.
- 8. Drehofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für die gesteuerte Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases eine mit Einrichtungen fü die Zufuhr von Luft versehene, sich entlang dem Umfang des Ofenmantels (1) erstreckende und an der Brennerhaube (4) befestigte Zufuhrkammer (14) aufweisen, welche im Bereich der Oberseite des Ofens über einen Umfangswinkel von wenigstens 120° mit einem zwischen dem Ende des Ofenmantels und der Brennerhaube gebildeten ringförmigen Raum stromungsverbunden ist.
- 9- Drehofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er Einrichtungen (19) zum Einstellen der effektiven Umfangslänge und räumlichen Anordnung des Luftzufuhrbereichs in der Zufuhrkammer (14) aufweist.809818/101 1
- 10. Drehofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkammer (14) durch eine sich in Ümfangsrichtung des Ofens erstreckende Trennwand (15) in zwei konzentrische Bereiche (A, B) unterteilt ist und daß die Trennwand wenigstens eine Öffnung (16) für die Strömung von Luft aus dem ersten in den zweiten Bereich aufweist.
- 11. Drehofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er Einrichtungen (19) zum Einstellen der effektiven Umfangslänge und räumlichen Anordnung des Luftzufuhrbereichs in der Zufuhrkammer (14) aufweist.809818/1011
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