DE2752609A1

DE2752609A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von heizgas

Info

Publication number: DE2752609A1
Application number: DE19772752609
Authority: DE
Inventors: Vaughn Prof Mansfield
Original assignee: Mansfield Carbon Products Inc
Current assignee: Mansfield Carbon Products Inc
Priority date: 1976-12-03
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US4109590A; AU505996B2; CA1081954A; ZA777079B; AU3113477A; JPS5384006A

Description

MAN 1

Mansfield Carbon Products, Inc. Gallatin, Tenessee, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Heizgas

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Heizgas und auf eine geeignete Vorrichtung hierfür; sie bezieht sich insbesondere auf die Gewinnung von brennbaren Gasen aus Müll.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine Kombination aus einem horizontalen Wanderrostofen, unter dessem Kettenrost sich eine Luftzonenkammer für gesteuerte Luftzufuhr befindet, und einem vertikalen Schachtofen, ebenfalls mit Vorrichtungen für eine gesteuerte Luftzufuhr, sowie Mitteln zum Austragen der Ascherückstände.

Die ökonomische und ökologische Beseitigung von festen Abfällen, z.B. städtischem Müll, ist Gegenstand vieler Bemühungen. Man weiß, daß solche Materialien einen Brennwert von etwa 570 kcal/kg (5 000 Btu/lb) haben. Einige bekannte Systeme arbeiten mit Gebläseöfen (z.B. Andco-Torrax); andere verwenden Sauerstoff anstelle von Luft (s.a. US-PS.en 3,434,932; 1,913,396; 3,126,846 und 3,836,578). Im großen und ganzen sind alle bekannten Systeme

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gekennzeichnet durch hohen Kapitalaufwand und schlechten Umwandlungsgrad, und einige sind problematisch wegen Schlackenpropfenbildung.

Ziel der vorliegenden Erfindung sind ein neues Verfahren und eine hierfür geeignete Vorrichtung zur Verbrennung von Abfall und zur Gewinnung von Wärme daraus.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das brennbare Material, z.B. fester städtischer Müll unter gedrosselter Luftzufuhr in einem Wanderrost-Schwelofen vorbehandelt, um die bei niedrigen Temperaturen flüchtigen Bestandteile auszutreiben, und wird dann in einem Schachtofen weiter erhitzt, in welchem dem sich abwärts bewegenden Stapel des vorentschwelten Materials begrenzte Mengen an Luft an einer Vielzahl von Stellen zugeführt werden, die in genügendem Abstand voneinander angeordnet sind, um Uberhitzungsstellen zu vermeiden, d.h. lokale Stellen intensiver Umsetzung, die zur Bildung von Schlacken (Klinkern) führen würden. Gas mit geringem Heizwert wird aus dem Vorbehandlungs-Schwelofen und dem Schachtofen abgezogen, und sterile Aschenrückstände werden am Boden des Schachtofens ausgetragen.

Bei diesem Verfahren wird der Müll kontinuierlich durch Luftschleusen in einen heißen Schwelofen mit Wanderrost eingeführt, d.h. in einen Ofen, in welchem sich eine dicke Schicht aus dem Material auf einem endlosen Kettenrost vorwärts bewegt, wobei in Gegenwart einer genau gesteuerten Menge an Luft eine Verkokung in begrenztem Umfang stattfindet. Während des Durchgangs durch den Schwelofen wird zunächst die gesamte Feuchtigkeit aus dem Material ausgetrieben und aus dem Ofen so abgezogen, daß sie nicht in die Gasatmosphäre des Ofens eindringen kann, und dann erhöht eine gedrosselte Verbrennung die Temperatur des Materials in der Schicht auf einen Durchschnittswert zwischen Kopf und Boden des Ofens von etwa 982°C (1800⁰F), wodurch die bei niedrigen Tempera-

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türen flüchtigen Bestandteile ausgetrieben werden. Indem das verkohlte Material vom Ende des Kettenrosts auf den Kopf eines sich abwärts bewegenden Stapels in einem nach unten sich verbreiternden Schachtofen fällt, wird es bewegt.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist die Einführung geringer Mengen an Verbrennungsluft in den in dem Schachtofen sich abwärts bewegenden Materialstapel an vielen unterschiedlichen Stellen, so daß keine lokalisierte intensive Verbrennung des Materials stattfindet. Zu diesem Zwecke sind in der Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hüftartige Verbreiterungen im Schachtofen vorgesehen, wobei eine Reihe von nach unten gerichteten Lufteintrittsöffnungen an den Eckfirsten so angeordnet ist, daß entlang der gesamten Länge der Eckfirsten Luft in das Material strömt; dadurch, daß die Lufteinlässe nach unten gerichtet sind, wird jedes Anhängen und Zusetzen vermieden. Begrenzte Luftmengen werden im unteren Teil des Schachtofens über eine Mehrstufenzuführung oder einen Schüttel-Etagenrost zugeführt, um die Oxidation des Materials zu vollenden und dieses in sterile Asche umzuwandeln. Mittels eines Kühlwassermantels werden die Wände des Schachtofens gekühlt und wird das Wasser für einen Heizkessel vorgewärmt, in welchem Gas mit geringem Heizwert verbrannt wird, das aus dem Ofen abgezogen wurde,

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert, in welcher

Figur 1 einen Prinzipschnitt durch den Ofen und

Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht des Stufenrosts und seines Bewegungsmechanismus darstellen.

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Gemäß den Zeichnungen, in welchen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, besteht das System im wesentlichen aus einem horizontalen Kettenrost-Vorbehandlungsofen 2, der in einen Schachtofen 4 übergeht; beide öfen sind mit feuerfestem Material ausgekleidet. Fester städtischer Müll wird aus einem Fülltrichter 6 und über Doppelfüllschleusen 8 und 10, welche soweit wie möglich und nötig das Eindringen von Luft zusammen mit der Beschickung verhindern, in den Vorbehandlungsofen 2 eingespeist. Nach dem Passieren der Doppelfüllschleusen gelangt das Material auf einen Kettenrost 12, auf welchem es unter ein einstellbares Gatter 14 läuft, so daß es eine Schicht 16 von etwa 1,2 m Dicke (16 feet) bildet. Unterfeuer-vorerhitzte Luft wird über eine Einlaßleitung 22 und Ventile 18 in die Zonen einer Unterrost-Luftkammer 20 eingeführt. Heiße Gase werden aus dem Vorbehandlungsofen über einen Abzug 24 abgezogen.

Die gesamte bisher beschriebene Anlage ist an sich bekannt. In dem hier beschriebenen Beispiel möge der Kettenrost eine Breite von etwa 3,6 m (12 feet) und eine Länge von etwa 4,5 m (15 feet) und die darauf befindliche Schicht eine Dicke von etwa 1,2 m (4 feet) haben und der Rost sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 bis 38 cm (10 - 15 inches) pro Minute bewegen. Bei einer derartigen Schichtdicke behandelt das System etwa 400 Tonnen festen Müll in 24 Stunden.

Der Vorbehandlungsofen 2 wird anfänglich erhitzt, indem auf dem Rost ein Brand erzeugt wird, und durch die Unterrost-Luftzonenkammer 20 wird soviel Luft zugeführt, daß eine gedrosselte Verbrennung des die Schicht bildenden Mülls erfolgt, wodurch sich die mittlere Schichttemperatur erhöht; diese Temperatur fällt am Ende des Kettenrosts auf etwa 980⁰C (1800° F) ab, und die Schicht hat beim Durchgang durch den Ofen an Dicke abgenommen.

den Indem heiße Abgase durch das Material über/vordersten Zonen der Luftkammer streichen gelassen werden,wird in dem Vorbehandlungs-

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ofen die gesamte Feuchtigkeit ausgetrieben, so daß diese sich nicht mit dem Gas vermengen kann, welches über den Abzug abgezogen wird. Dies ist dann wichtig, wenn das Ausgangsmaterial einen hohen Feuchtigkeitsgehalt hat, wie dies z.B. bei festem städtischem Müll der Fall ist.

Der Schachtofen 4 verbreitert sich nach unten, so daß ein Hängenbleiben des Stapels 26 aus vorbehandeltem Material verhindert wird, wenn dieses abwärts wandert. Der Schachtofen hat etwa die gleiche Breite wie der Vorbehandlungsofen 2, und seine Wände werden aus Kesselrohren 28 gebildet, die einen Durchmesser von etwa 6,35 bis 7,62 cm (2,5 - 3 inches) haben und miteinander durch Stege von 6,4 cm (3/4 inch) Breite verbunden sind. Eine Auskleidung 30 aus Siliziumkarbid ist auf die innen liegenden Wände der Rohre aufgebracht, und die Rohre sind an Sammelrohre und 34 angeschlossen, welche mit Wasser aus einem fechematisch dargestellter^ Wassereinlaßrohr 36 beschickt werden. Die Sammelleitung 34 verbindet die oberen Enden der Rohre über eine Leitung 38 mit einem Heizkessel 40, dessen Brennkammer 41 mit Gas geringen Heizwerts aus dem Abzug 24 beschickt wird.

Ein wichtiges neues Merkmal des Ofens 4 besteht darin, daß zwischen seinem oberen und seinem unteren Ende nach außen zurückweichende Hüften 42 vorgesehen sind, an welchen die Stege zwischen den Kesselrohren 26 weggeschnitten sind, so daß Offnungen 44 entstanden sind. Ein Verteilerrohr 46 führt dem Material Luft durch die Offnungen 44 an Stellen zu, die sich im Abstand voneinander entlang der gesamten Eckfirste 42 befinden. Dieses Verteilerrohr wird über die Luft-Leitung 48 mit vorerwärmter Luft aus dem Wärmetauscher 50 beschickt, welcher diese Luft, angesaugt durch einen Ventilator aus einem Lufteinlaß 52, mit einer Temperatur von etwa 230⁰C (450^eF) sowohl an das Verteilerrohr 46 als auch zu den Zonen der Luftkammer 20 liefert. Der Teil der Abgase, welcher nicht dazu benutzt wird, um durch das den Ofen 2 be-

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tretende Material zu streichen und dieses zu trocknen, wird über eine Esse 51 an die Atmosphäre abgegeben, nachdem er durch den Wärmetauscher 50 gegangen ist, der dessen Wärme auf die vom Einlaß 52 kommende Luft überträgt, welche dann, wie erwähnt, zur Beschickung der Zonen der Luftkammern 20 und 74 (s.w.unten) und des Verteilerrohres 46 dient. Der Luftstrom zum Verteilerrohr wird durch Ventile 54 geregelt. Da die öffnungen 44 nach unten gerichtet sind, können sie durch das vorbeistreichende Material nicht verstopft werden.

Im unteren Teil des Schachtofens 4 befindet sich ein Schüttel-Stufenrost 56, welcher die Aschenrückstände seitlich einem Auslaß 58 zuführt. Ein Eindringen von Luft von außen nach innen wird verhindert mittels zweier Luftschleusen 60, 62. In das Material im unteren Abschnitt des Schachtofens 4 wird Luft in geregelter Menge durch Kanäle 64 in den Stufen 66 eingeführt, die auf Querbalken 68 und auf einander gleiten. Metallauflagen 70 auf den keramischen Stufen schützen diese vor Abrieb, und die Stufen werden in bekannter Weise durch Kurbeln 72 gegeneinander bewegt. Unter den Stufen 66 befindet sich eine in Zonen unterteilte Luftkammer 74, deren Zonen mit kühler Luft aus der Leitung beschickt werden; die Luftströme werden individuell durch Ventile 78 gesteuert. Die durch die Stufen geleitete Luft hält diese kühl. Sie kühlt zugleich die heiße Asche am Boden des Schachtofens und wird selbst dabei vorerhitzt. Schneckenförderer 80 beseitigen die Aschenrückstände, die in die Luftkammerzonen fallen.

Ein Teil der heißen Abgase, die aus der Heizkessel-Verbrennungskammer 41 abgezogen werden, wird über die Leitung 82 in den nach unten wirksamen Abzug 84 des Vorbehandlungsofens 2 geführt, wird mittels eines Ventilators 88 abwärts durch die Schicht und durch ein Steuerventil 86 gezogen und gelangt über einen elektrostatischen Abschneider 90 an die Atmosphäre.

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Das vorstehend beschriebene System 1st so ausgelegt, daß es etwa 54 430 kg (120 000 pounds) Dampf pro Stunde erzeugt, wobei ein Umwandlungsgrad von etwa 73,6 %, ausgedrückt als nutzbarer Dampf, oder von etwa 92 %, ausgedrückt als Gas mit niedrigem Heizwert angenommen wird. Für den Dampfkessel wird ein Wirkungsgrad von etwa 80 % für die Umwandlung von Gas mit niedrigem Heizwert in Dampf angenommen. Die Zusammensetzung dieses Gases mit geringem Heizwert ist wie folgt:

CO₂ - 7.6 ) CO 28.6 )

^H2 " 11·⁶ Ϊ _ geschätzt: 1 166 kcal/m³ (131 Btu/SCF). CH₄ - 1.8 ) O₂ - .4 ) N₂ - 50.0 )

Die Reaktionstemperaturen innerhalb des Materials im Schachtofen liegen bei etwa 927°C (1700° F) im Kopf des Stapels und bei etwa 980° C (1800° F) im Bereich der Lufteinlässe 44. Die Temperatur des Gases mit geringem Heizwert beträgt etwa 982° C (1800° F)t die Temperatur des Wassers beim Verlassen des Sammelrohres etwa 166° C (330° F).

Andere Brennstoffe, wie Bagasse, Braunkohle, Holzschnitzel, Torf, pecharme und pechreiche Brennstoffe können in der hier beschri&enen Anlage ebenfalls eingesetzt werden. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials so gering ist, daß er ohne Schaden mit dem Heizgasstrom abgezogen werden kann, dann kann das Durchblasen des Brennmaterials mit heißen Abgasen weggelassen werden.

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Claims

MAN 1

Dr. Joachim Rasper

Patentanwalt

Wiesbaden

Mis 22 TtI. μ η«» Mansfield Carbon Products, Inc

Gallatin, Tenessee, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Heizgas

Patentansprüche;

M.) Verbrennungsanlage zur Erzeugung von Heizgas mit niedrigem Heizwert, bestehend aus der Kombination

A. eines horizontalen Wanderrostofens mit

Mitteln zu dessen Beschickung mit dem Brennmaterial,

Mitteln zur Ausbreitung dieses Brennmaterials auf dem Wanderrost unter Ausbildung einer Schicht und

einer in Zonen unterteilten Luftkammer unter dem Rost zur Einführung von Luft in geregelten Mengen in die Brennmaterialschicht,

B. mit einem vertikalen Schachtofen, der sich an diesen horizontalen Wanderrostofen anschließt und

eine Vorschubeinrichtung zum Austragen steriler Aschenrückstände aus dem unteren Teil dieses Schachtofens und

Mittel zur Einführung geregelter Luftmengen in diesen Schachtofen an einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Stellen aufweist,

C sowie Mitteln zum Abziehen von Gasen aus diesen Ofen.

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2. Vorbronnungsanlago nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet;, daß in diesem vertikalen Schachtofen die Soitonwände nach außen zurückweichen, so daß der Schachtofen hüftartig verbreitert InL, wob« 11. mi thin müoIi um ton weinenden Oberflächen der Kckfirutu dio öffnungen zur Einführung geregelter Luftmengen in diesen Schachtofen angeordnet sind, welche über die Länge dieser Eckfirste verteilt sind.
3. Verbrennungsanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mltl.nl. zur Zu F(1lirun«r von vororh t tz I ^r?r Τ,πΓΙ /,ti dlnnnri MTf niinii"M
4. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel zur Einführung geregelter Luftmengen in den unteren Bereich dieses Schachtofens.
5. Verfahren zur Gewinnung von Gas und zur Erzeugung von Wärme aus städtischem Müll, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Müll vorerhitzt wird, indem er kontinuierlich als Schicht durch einen heißen, horizontalen Wanderrostofen bewegt wird, wobei heiße Luft von unten durch diese Schicht in derart begrenzten Mengen streichen gelassen wird, daß eine unvollkommende Verkohlung des Materials und eine Verflüchtigung der leichter flüchtigen Bestandteile dieses Materials bewirkt werden,

daß das derart vorbehandelte Material von dem horizontalen Wanderrost auf den Kopf eines in einem vertikalen Schachtofen kontinuierlich abwärts wandernden Stapels gegeben wird, welchem an einer Vielzahl von Stellen zwischen dem Kopf und dem Boden dieses Schachtofens und in dessen unterem Bereich Luft in derart geregelten Mengen zugeführt wird, daß dieses Material zu Asche umgewandelt wird, ohne daß sich überhitzte Stellen und infolgedessen Schlackenklinker bilden,

und daß die gasförmigen Umsetzungsprodukte aus diesen öfen abgezogen und zur Erzeugung von Wärme verwendet werden.

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