DE2918758A1

DE2918758A1 - Vorrichtung und verfahren zur pyrolyse von abfallstoffen

Info

Publication number: DE2918758A1
Application number: DE19792918758
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl Chem Thomanetz
Original assignee: HERKO PYROLYSE GmbH AND CO RECYCLING KG
Current assignee: HERKO PYROLYSE GmbH AND CO RECYCLING KG
Priority date: 1979-05-09
Filing date: 1979-05-09
Publication date: 1980-11-13
Also published as: EP0019244B1; DE3061757D1; US4398471A; JPS5622382A; ATE2338T1; EP0019244A1

Description

Herko ... PH/HP 852

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Pyrolyse von Abfallstoffen mit einem mit den Abfallstoffen beschickbaren Schwelreaktor und mit einem von heißen Rauchgasen durchströmbaren Rauchgaskanal zur Mantelbeheizung des Schwelreaktors. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Pyrolyse von Abfallstoffen, bei welchem die Abfallstoffe durch eine Verschwelungszone geführt und durch im Gegenstrom dazu geführte heiße Rauchgase indirekt beheizt werden.

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind bekannt (DE-OS 25 20 754). Danach werden die Äbfallstoffe in einem Reaktorrohr vorgeschoben, das zu seiner Beheizung über im wesentlichen die gesamte Länge der Verschwe lungs zone hinweg von einem glatten ringzylindrischen Rauchgaskanal umgeben ist. Rauchgase werden in einer am ausgangsseitxgen Ende des Reaktorrohres vorgesehenen Heizkammer durch Brenner erzeugt und treten aus dieser mit einer ihrer Erzeugungsrate entsprechenden Geschwindigkeit in den Rauchgaskanal ein. Abgesehen von den heizkammernahen Bereichen, wo wegen der Brennerflammen noch Turbulenzen vorliegen, erfolgt wegen der glatten Ausbildung des Rauchkanalgaskanals die Strömung der Rauchgase dabei weitgehend laminar. Da bei einer turbulenten Strömung der Wärmeübergang auf das Reaktorrohr erheblich besser ist als bei einer Iaminaren Strömung, hat dies die unangenehme Folge, daß gerade dort, wo die Rauchgase besonders heiß sind, nämlich im Bereich der Heizkammer, der Wärmeübergang besonders gut ist und zu einer thermischen Überbelastung des Reaktorrohres führt, während an dem der Heizkammer abgekehrten Ende des Reaktorrohres bzw. Rauchgaskanals, wo man darauf angewiesen wäre, daß sich die dort bereits geringere Tem-

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peratur der Rauchgase möglichst gut auf das Reaktorrohr überträgt, der Wärmeübergang unzureichend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs- genannten Art so zu gestalten, daß sich über die gesamte Länge der Verschwelungszone ein guter und gleichmäßiger Wärmeübergang von den Rauchgasen auf den Reaktormantel bzw. das Verschwelungsgut ergibt.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsgemäß erfindungsgemäS dadurch gelöst, daß im Rauchgaskanal Einbauten zur Erzeugung und Aufrechterhaltung von turbulenten Strömungsverhältnissen für die Rauchgase über den Beheizungsberexch hinweg vorgesehen sind. Diese Einbauten bilden Strömungshindernisse im Weg der heißen Rauchgase, die verhindern, daß sich die Rauchgasströmung mit zunehmender Entfernung von ihrem Entstehungsort laminarisiert. Mit der Verteilung der Einbauten über die Länge der Wärmeübergangszone hinweg läßt sich daher eine turbulente Strömung in dieser ganzen Zone aufrechterhalten, mit der Folge, daß der Reaktormantel auch dort noch ausreichend erwärmt wird, wo die heißen Rauchgase bereits abgekühlt sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind bei Ausbildung des Schwelreaktors als Rohr und der Rauchgaskanäle als ein das Rohr umgebender konzentrischer Ringraum die Einbauten im Ringraum die Rauchgase um das Rohr gleichmäßig verteilend angeordnet. Hierdurch kann verhindert werden, daß das Reaktorrohr in einem Umfangsbereich stärker erwärmt wird als in einem anderen, was die Folge hätte, daß es sich verformt und gegebenenfalls die im Reaktorrohr vorhandenen Förderelemente, wie Schnecken oder dergleichen, in Mitleidenschaft zieht.

Der Wärmeübergang wird weiterhin verbessert, wenn, wie gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die Ein-

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bauten mit dem Reaktormantel bzw. dem Reaktorrohr in wärmeleitender Verbindung stehen, insbesondere auf der Reaktorrohroberfläche aufgeschweißt sind. Hierdurch erhält man eine Vergrößerung der Oberfläche des Reaktormantels bzw. Reaktorrohrs und damit der Wärmeaustauschfläche. Es ergibt sich damit also ein umgekehrter Kühlrippeneffekt. Vorzugsweise sind die Einbauten über die Länge des Rauchgaskanals verteilte Bleche/ die insbesondere in die Ringraumachse enthaltenden Ebenen angeordnet sind. Solche Bleche sind in besonderer Weise geeignet, sowohl die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern als auch als Leitbleche zu dienen und die heißen Rauchgase gleichmäßig um das Reaktorrohr zu verteilen sowie gleichzeitig für Turbulenzen durch ein Abreißen der Strömung an ihren Endkanten zu sorgen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Bleche einen Winkel zur Ringraumachse einschließend angeordnet, wobei, wenn es die gewünschte Strömung erfordert, die Bleche vorzugsweise auch in zur Ringraumachse senkrechten Ebenen angeordnet sein können. Eine gleichmäßige Verteilung der heißen Rauchgase um das Reaktorrohr herum ergibt sich in aller Regel, wenn die Bleche in gleichen Winkelabständen um die Ringraumachse herum verteilt sind.

Die Bleche wirken nicht nur als Strömungsschikanen und Verteiler für die Rauchgase und dienen nicht nur der Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche, sondern haben darüber hinaus auch noch die Funktion von Strahlungswandlern. Sie werden durch die heißen Rauchgase angeströmt, heizen sich dabei im wesentlichen auf deren Temperatur auf und geben als graue Strahler die Wärme in weit höherem Maße als die weitgehend transparenten Rauchgase auch in Form von Strahlung ab.

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Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs auf das Reaktorrohr ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Einrichtung zur Umwälzung der Rauchgase mit hoher Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen. Hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens wird die oben dargelegte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strömung der heißen Rauchgase über die gesamte Verschwelungszone hinweg turbulent geführt wird. Hierdurch erhält man aus den oben bereits genannten Gründen eine bessere und gleichmäßigere Erwärmung des Reaktormantels und damit der Abfallstoffe über die gesamte Verschwelungszone hinweg. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die heißen Rauchgase zwangsumgewälzt. Dadurch ergibt sich eine hohe Rauchgasgeschwindigkeit, was den Wärmeübergang weiter verbessert.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der einzigen Figur der beigefügten Zeichnung beschrieben. Diese zeigt in stark schematisierender Darstellung ein Reaktorrohr 1, welches in der Verschwelungszone für das Abfallgut von einem ringzylindrischen, zum Reaktorrohr konzentrischen Rauchgaskanal 3 umgeben ist. Die Wand des Rauchgaskanals ist zur Wiedergabe der im Rauchgaskanal befindlichen Einbauten teilweise weggelassen. Ferner ist der in Wirklichkeit durchgängie Rauchgaskanal in Axialrichtung unterbrochen dargestellt (ebenso das Reaktorrohr), wobei in den einzelnen Abschnitten verschiedene Arten von Einbauten gezeigt sind. Diese Einbauten können bei einer bestimmten Ausführungsform nebeneinander vorhanden sein, die Figur ist aber auch und insbesondere so zu verstehen, daß in ihr drei verschiedene Arten von Einbauten, die tatsächlich jeweils allein vorhanden sind, nebeneinander zusammengefaßt sind.

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Durch das aus Stahl bestehende Reaktorrohr 1 wird im Betrieb, bei Betrachtung gemäß der Figur von links nach rechts, von außen eingetragener stückiger Abfall mittels einer Palettenschnecke 2 bewegt, die sich im Inneren des Reaktorrohrs 1 vom eintragsseitigen zum austragsseitigen Ende desselben erstreckt (im Bereich des linken Endes ist die Wand des Reaktors in der Darstellung zum Teil weggelassen, so daß die Palettenschnecke im Inneren des Rohres zu sehen ist). Im Gegenstrom zu den Abfällen wird der Rauchgaskanal 3, dessen Wände durch das Reaktorrohr 1 und ein ebenfalls aus Stahl bestehendes, dazu konzentrisches Rohr mit gegenüber dem Reaktorrohr 3 größerem Durchmesser gebildet sind, von heißen Rauchgasen durchströmt. Die heißen Rauchgase werden (durch nicht gezeigte) Brenner erzeugt, die sich im Bereich des austragsseitigen Endes des Reaktorrohres befinden. In dem ringzylindrischen Rauchgaskanal 3 befinden sich gemäß einer Ausführungsform Einbauten, die durch auf das Reaktorrohr 1 außen aufgeschweiße Bleche 4 gebildet sind, die sich in die Reaktorachse enthaltenden, radialen Ebenen bis zur äußeren Rauchgaskanalwand erstrekken und in Axialrichtung über die Verschwelungszone hinweg im Abstand voneinander angeordnet sind. Die Bleche sind in gleichen Winkelabständen um das Reaktorrohr 1 herum verteilt, um eine gleichmäßige Verteilung der Rauchgase um das Reaktorrohr herum zu erzielen. An den, in Strömungsrichtung der Rauchgase gesehen, vorderen und hinteren Kanten 9 und 10 der Bleche 4 reißt die Strömung der Rauchgase immer wieder ab, so daß sich über den Strömungsweg hinweg stets von neuem Turbulenzen bilden und eine turbulente Strömung mit den erwähnten Wärmeübergangsvor— teilen über die gesamte Länge des Rauchgaskanals in der Verschwelungszone aufrechterhalten werden kann. Bei einem

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glatten Ringraum ohne Einbauten wäre die Aufrechterhaltung von Turbulenzen über die gesamte Länge der Verschwelungszone hinweg nicht möglich, die Strömung würde sich vielmehr mit zunehmender Entfernung von der Heizkammer, in der die heißen Rauchgase durch die Brenner erzeugt werden und wo deshalb noch Turbulenzen vorliegen, zunehmend laminar isieren. Auch entfiele bei einem glatten Ringraum ohne Einbauten die beabsichtigte entscheidende Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche, die durch die auf das Reaktorrohr 1 aufgeschweißten Bleche 4 gewonnen wird, (umgekehrter Kühlrippeneffekt!).

Ferner sind in der Figur Bleche 5 gezeigt, die mit der Rauchgaskanalachse einen Winkel einschließen, und Bleche 6, die senkrecht zur Rauchgaskanalachse stehen. Diese Bleche sind in erster Linie als Alternativanordnungen zu den Blechen 4 zu verstehen und nur der Einfachheit halber in die gleiche Figur gezeichnet; sie sind also bei alleinigem Vorhandensein, wie die axialen Bleche 4, über den gesamten Bereich der Verschwelungszone hinweg vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, Bleche 5 und/oder 6 in geeigneter Weise in Richtung der Achse des Rauchgaskanals 3 verteilt zusammen mit den Blechen 4 zu verwenden, wenn bestimmte Anfangsbedingungen der Rauchgasströmung oder dergleichen dies zweckmäßig erscheinen lassen. Ebenso könnten auch nur Bleche 5 und 6 ohne die in Längsrichtung ausgerichteten Bleche 4 verwendet werden. Auch die Bleche 5 und 6 sind auf der äußeren Oberfläche des Reaktorrohrs 1 aufgeschweißt und erstrecken sich in den Bereich der Außenwand des Rauchgaskanals 3.

Die Bleche 4, 5 und 6 halten nicht nur turbulente Strömungsverhältnisse über die gesamte Länge der Verschwelungszone hinweg aufrecht, verteilen nicht nur die Rauchgase gleichmäßig und erhöhen die Wärmeaustauschfläche, sie

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wirken darüber hinaus auch noch als Strahlungswandler. Sie stellen als graue Körper im Gegensatz zu den nur wenig strahlenden Rauchgasen gute Wärmestrahler dar, so daß sie, aufgeheizt auf die Temperatur der sie umgebenden Rauchgase, ihre Wärme auch in Form von Strahlung an das Reaktorrohr abgeben.

Zusätzlich und bevorzugt werden die Rauchgase, wie durch die Strömungspfeile 7 schematisch angedeutet, durch ein (nicht gezeigtes) Gebläse mit einer erhöhten Geschwindigkeit zwangsumgewälzt, was den Wärmeübergang weiter verbessert und vergleichmäßigt.

Vor der Verschwelungszone ist um das Reaktorrohr eine Wasserkühlung 12 vorgesehen, um das Reaktorrohr am Abfalleintrag kalt zu halten.

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Claims

Vorrichtung und Verfahren zur Pyrolyse von Abfallstoffen PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Pyrolyse von Abfallstoffen mit einem mit den Abfallstoffen beschickbaren Schwelreaktor und mit einem von heißen Rauchgasen durchströmbaren Rauchgaskanal zur Mantelbeheizung des Schwelreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgaskanal (3) Einbauten zur Erzeugung und Aufrechterhaltung von turbulenten Strömungsverhältnissen über den Beheizungsbereich hinweg vorgesehen sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelreaktor als Rohr (1) und der Rauchgaskanal (3) als ein das Rohr umgebender konzentrischer Ringraum ausgebildet ist, und daß die Einbauten im Ringraum die Rauchgase um das Rohr gleichmäßig verteilend angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten mit dem Mantel des Schwelreaktors in wärmeleitender Verbindung stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten mit dem Mantel des Schwelreaktors verschweißt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Einbauten über die Länge des Rauchgaskanals (3) verteilte Bleche sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (4) in die Ringraumachse enthaltenden Ebenen angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Bleche (5) einen Winkel zur Ringraumachse einschließen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (6) in zur Ringraumachse senkrechten Ebenen angeordnet sind,

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis B, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (4, 5, 6) in gleichen Winkelabständen um die Ringraumachse herum verteilt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Umwälzung der Rauchgase mit hoher Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen ist.

11. Verfahren zur Pyrolyse von Abfallstoffen, bei welchem die Abfallstoffe durch eine Verschwelungszone geführt und durch im Gegenstrom dazu geführte heiße Rauchgase indirekt beheizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung der heißen Rauchgase über die gesamte Verschwelungszone hinweg turbulent geführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Rauchgase mit hoher Ge- schwindigkeit zwangsumgewälzt werden.

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