DE3003245A1

DE3003245A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbrennen von stoffen mit schwer ausbrennenden bestandteilen

Info

Publication number: DE3003245A1
Application number: DE19803003245
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 4200 Oberhausen Noack
Original assignee: Deutsche Babcock AG
Current assignee: Deutsche Babcock AG
Priority date: 1980-01-30
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1981-11-12
Also published as: US4377119A; EP0033356A1; EP0033356B1

Description

1839

Anmelden Deutsche Babcock AG, Oberhausen

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von Stoffen mit schwer

ausbrennenden Bestandteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazu gehörende Vorrichtung zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen und/oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und/oder Stoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen, in einer Wirbelschicht.

Stoffe, die die eingangs genannten Eigenschaften einzeln oder in Kombination aufweisen sind z. B. gewisse Kunststoffe, deren Verbrennung aufgrund dieser Eigenschaften Schwierigkeiten bereitet. Bei der Verbrennung von Stoffen mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen entweicht Unverbranntes aus der Wirbelschicht. Die durch die Verbrennung frei werdende Wärme kann daher nicht vollständig von der Wirbelschicht aufgenommen werden. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, die unverbrannten Bestandteile durch Zuführung von weiterer Luft oberhalb der Wirbelschicht nachzuverbrennen.

Durch eine Verbrennung oder eine Teilverbrennung in einem Wirbelbett aus einem körnigen, inertem Material werden sehr hohe volumenbezogene Leistungen erzielt, die auf die hohen Wärme- und Stoffübergangszahlen in der Wirbelschicht zurückzuführen sind. Eine Wirbelschichtfeuerung kann je nach den Eigenschaften der Asche und des inerten Materials nur bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen von etwa 700 bis 800° C betrieben werden, so daß sie nicht ohne weiteres für die Verbrennung van Stoffen geeignet ist, die schwer ausbrennende Bestandteile enthalten. Als solche Stoffe sind z. B. Kunststoffe anzusehen, bei deren Verbrennung Ruß oder gewisse Kohlenwasserstoffe entstehen, die nur bei hohen Temperaturen und einer ausreichenden Verweilzeit bei diesen Temperaturen vollständig ausbrennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazu gehörende Vorrichtung zu schaffen, um Stoffe mit schwer ausbrennenden Bestandteilen und/oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und/oder Stoffe, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen unter den speziellen Erfordernissen angepaßten Temperatur- und Verweilzeitbedingungen vollständig ausbrennen zu können.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbrennung in der Wirbelschicht und in einer der Wirbelschicht nachgeschalteten Brennkammer durchgeführt wird und daß die dazu erforderliche Verbrennungsluft derart auf die Wirbelschicht und die Brennkammer verteilt und dabei ein solcher Teil der frei werdenden Wärme abgeführt wird, daß in der Brennkammer eine vorgesehene Mindesttemperatur nicht unterschritten wird. Vorzugsweise wird dabei die Wärme der Wirbelschicht entzogen.

Verfahren ist dazu geeignet, alle die Bestandteile zu verbrennen, die zu ihrer vollständigen Umsetzung einer bestimmten Mindesttemperatur unterworfen sein müssen. Diese Temperatur wird in der Brennkammer eingestellt, indem dort die dazu erforderliche Verbrennungsluft zugesetzt wird. Wie hoch diese Menge ist, errechnet sich aufgrund einer Stufen-Wärmebilanz aus der Bruttozusammensetzung und den Heizwerten der zu verbrennenden Stoffe. Der restliche Anteil der Verbrennungsluft wird der Wirbelschicht zugeführt. Wird dabei die Wirbelschicht zu heiß, so wird ihr durch Kühlflächen Wärme entzogen. Die Höhe der in der Wirbelschicht abzuführenden Wärmemenge und damit die Größe der Kühlflächen hängt ab von der Brennstoffzusammensetzung und dem Anteil der gesamten Verbrennungsluft, der als Primärluft in die Wirbelschicht eingebracht wird. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonderer Weise für die Verbrennung von Kunststoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen. Diese werden in der Wirbelschicht von dem inerten Material umhüllt, so daß die Stoffteilchen nicht miteinander verkleben und verklumpen.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einer z. B. aus Sand aufgebauten Wirbelschicht ein Beruhrigungsraum nachgeschaltet ist, der unmittelbar in eine Brennkammer übergeht und daß zwischen den beiden eine Einschnürung vorgesehen ist, in der Düsen für die Zuführung von Verbrennungsluft angeordnet sind. Die Einschnürung erfüllt zwei Aufgaben. Zunächst dient sie als Mischstrecke für das die Wirbelschicht verlassende Gas und die sekundäre Verbrennungsluft. Dabei entstehen durch die Beschleunigung des Gases Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Gas und etwa vorhandenen Rußpartikeln, was die Verbrennung verbessert. Die Einschnürung hat daher in diesem Fall die Funktion eines Brenners.

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300§245

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Die Einschnürung hat weiterhin die Aufgabe, die Wärmestrahlung aus der Brennkammer in den Beruhigungsraum weitgehend zu unterbinden. Auf diese Weise sind die geforderte Mindesttemperatur und eine ausreichende Verweilzeit einzuhalten, die zur vollständigen Verbrennung des Rußes und der anderen schwer ausbrennenden Bestandteile in der Brennkammer erforderlich sind. Darüber hinaus bleiben die der Wirbelschicht eigenen Vorteile erhalten, so daß insgesamt eine kleine Verbrennungseinheit mit großer Leistung entsteht,

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung stellt schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.

Die dargestellte Vorrichtung weist einen Reaktor 1 auf, der z. B. zur Verbrennung von Kunststoffabfällen dient, die bei der Verbrennung zur Rußbildung neigen, oder die andere Bestandteile enthalten, die nur bei hoher Temperatur und ausreichender Verweilzeit vollständig ausbrennen. Der Reaktor 1 kann auch für die Verbrennung von Stoffen mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen sowie von Stoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen, eingesetzt werden.

In seinem unteren Teil weist der Reaktor 1 eine Wirbelschicht 2 auf, die oberhalb eines Anströmbodens 3 aufrecht erhalten wird. Unterhalb des Anströmbodens 3 befindet sich ein Luftkasten 4, in den durch eine Leitung 5 primäre Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Kunststoffabfälle werden durch einen seitlichen Schacht 6 in die Wirbelschicht 2 eingespeist.

Durch die Umsetzung der Kunststoffabfälle mit der eingeblasenen Verbrennungsluft erfolgt innerhalb der Wirbelschicht 2 eine Schwelung bzw. eine Teilverbrennung. Die Rußpartikel und andere schwer ausbrennende Bestandteile enthaltenden Gase treten mit einer Temperatur von etwa 650⁰C aus der Wirbelschicht 2 aus und gelangen in einen Beruhrigungsraum 7, der oberhalb der Wirbelschicht 2 innerhalb des Reaktors 1 vorgesehen ist und der einen größeren Querschnitt aufweist als die Wirbelschicht 2. Der Beruhrigungsraum 7 dient dazu, das Mitreißen von Feststoffpartikeln aus der Wirbelschicht 2 durch die Gase weitgehend zu vermeiden.

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Der Reaktor 1 weist oberhalb des Beruh/igungsraumes 7 eine Brennkammer 8 auf, in der die die Wirbelschicht verlassenden Gase vollständig verbrannt werden. Zwischen dem Beruhrigungsraum 7 und der Brennkammer 8 ist innerhalb des Reaktors 1 eine Einschnürung 9 vorgesehen. Durch die Einschnürung 9 sind Düsen ID geführt, die aus einer den Reaktor 1 umgebenden Ringleitung 11 mit sekundärer Verbrennungsluft versorgt werden.

Die Brennkammer 8 ist über eine feuerfest ausgekleidete Rohrleitung 12 mit einem Abhitzekessel 13 verbunden. Der Abhitzekessel 13 ist als Rauchgaszug ausgebildet und enthält mehrere, nur schematisch angedeutete Wärmetauscher 14. Nach ihrer Wärmeabgabe verlassen die gekühlten Gase den Abhitzekessel 13 aus dessen unteren Teil.

In der Wirbelschicht 2 sind Kühlflächen vorgesehen. Diese Kühlflächen können als herausziehbare Rohrbündel 15 ausgebildet sein. Auf diese Weise läßt sich die Größe der Kühlflächen dem Wärmeangebot in der Wirbelschicht 2 anpassen.

Die Brennkammer 8 ist im vorliegenden Fall feuerfest ausgekleidet. Im Bedarfsfalle kann auch vorgesehen werden, die Brennkammer 8 mit Kühlrohren zu umgeben. Dann können die Kühlflächen in der Wirbelschicht 2 entfallen.

Durch die Düsen 10 wird der Brennkammer 8 ein solcher Anteil an Verbrennungsluft zugeführt, daß sich eine Mindesttemperatur einstellt, die zur Verbrennung des aus der Wirbelschicht 2 austretenden Gases einschließlich der in ihm enthaltenen schwer ausbrennenden Bestandteile ausreicht. Der restliche Anteil der stöchiometrischen Verbrennungsluft wird durch den Anströmboden 3 in die Wirbelschicht 2 eingeblasen. Durch das in dem Rohrbündel 15 strömende Kühlmedium wird der Wirbelschicht 2 ein Teil der Wärme entzogen. Die Wärmemengenabfuhr hängt von dem Verhältnis zwischen Primärverbrennungsluft und Brennstoff ab. Über die Wärmeabfuhr in der Wirbelschicht 2 und damit letztlich über das Primärluft-Brennstoff-Verhältnis in der Wirbelschicht 2 wird die Mindesttemperatur in der Brennkammer 8 eingestellt. Durch die Austauschmöglichkeit des Rohrbündels 15 kann dem Brennverhalten und der Wärmeentwicklung der unterschiedlichen Stoffe Rechnung getragen werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.7 Verfahren zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen 'Vy und/oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und/oder Stoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen, in einer Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in der Wirbelschicht und in einer der Wirbelschicht nachgeschalteten Brennkammer durchgeführt wird und daß die dazu erforderliche Verbrennungsluft derart auf die Wirbelschicht und die Brennkammer verteilt und dabei ein solcher Teil der frei werdenden Wärme abgeführt wird, daß in der Brennkammer eine vorgesehene Mindesttemperatur nicht unterschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der Wirbelschicht entzogen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung de3 Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer Wirbelschicht (2) ein Beruhigungsraum (7) nachgeschaltet ist, der unmittelbar in eine Brennkammer (8) übergeht und daß zwischen beiden eine Einschnürung (9) vorgesehen ist, in der Düsen (10) für die Zuführung von Verbrennungsluft angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirbelschicht (2) Kühlflächen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen als herausziehbares Rohrbündel (15) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) mit Kühlflächen versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) feuerfest ausgekleidet ist.

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8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) über eine feuerfest ausgekleidete Rohrleitung (12) mit einem Abhitzekessel (13) verbunden ist.

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