DE3408308A1

DE3408308A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbrennung fester und/oder fluessiger materialien

Info

Publication number: DE3408308A1
Application number: DE19843408308
Authority: DE
Inventors: John V. Turramurra New South Wales Allen; Günther Dipl.-Ing. 6300 Gießen Förster; Wolfgang Dr. 6050 Offenbach Tätzner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-07
Filing date: 1984-03-07
Publication date: 1985-09-26
Also published as: DE3408308C2

Description

Verfahren uiid Vorrichtung zur Verbrennung
fester und/oder flüssiger Materialien Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung fester und/oder flüssiger Materialien, insbesondere Haus- oder Industriemüll in einem fluidisierten Granulatbett, das winter Luftzufuhr in der Brennkammer umgewälzt wird.
Es ist aus beispielsweise der DE-PS 21 04 485 ein Müllverbrennungsofen mit einem Fluidbett aus körnigem inertem Material nit einem von oben bis in den Bereich der Fluidbettoberfläche reichenden Müllaufgabeschacht und einer hierzu diametral gegenüberliegend am Fluidbettgrund angeordneten Austragsöffnung für das entstehende Gemisch aus Be material und Asche bekannt geworden, bei dem unterhalb des Rostes aufeinanderfolgend mehrere vom Bereich des Aufgabeschachtes bis zur Austragsöffnung mit Druckluft steigenden Druckes beaufschlagbare Verbrennungsluftzufuhrkammera sowie in der Brennkammer - ausgehend vom Bereith der Austragsöffnung - Leitbleche für die Rückströmung der obenliegenden Schich1. des Bettmaterials zum Müllaufgabeschacht vorgesehen sind. Es soll hierdurch - abgesehen von der von der Verbrennungsluft bewirkten Fluidisierung des Granulatbettes -eine von einer möglichen Zwangsneigung des Fluidbettrostes unabhängige Umwälzbewegung des Fließbettes erreicht werden.
Die bekannten Verbrennungsanlagen dieser Art haben einige erhebliche Nachteile. Einer der wesentlichsten Nachteile besteht in der ungenügenden Regulierbarkeit der Verbrennungsluft in Abhängigkeit von dem Sauerstoffbedarf bzw. den Wärmeinhaltstoffen in dem Sinne, daß das Fluidbett zur Erhaltung der Fluidisierung und der Umwälzung einen bestimmten Mindestdurchsatz an Druckluft erfordert unabhängig von den verbrennungstechnischen Notwendigkeiten. Die Folge hiervon ist einerseits eine ständige übermäßige Abkühlung des Fluidbettes, die in vielen Fällen - etwa bei der Verbrennung von Hausmüll - zur Erhaltung der erforderlichen Verbrennungstemperatur eine Zusatzheizung erforderlich macht. Andererseits fällt auch unter dem Einfluß des großen Zur Luftdurchsatzes die Abluft mit Temperaturen att, die eine technische Nutzung unter wirtschaftlichen Bedingungen nicht ermöglicht.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß sich die Aschebestandteile homogen mit dem Fluidbettmaterial vermischen und - bei gleichzeitiger Aufgabe von frischem Bettmaterial - gemeinsam abgezogen werden müssen, wobei eine 'J'rennung beider Bestandteile wegen ihrer sehr ähnlichen Korngrößenstruktur auch außerhalb der Anlage ebenfalls nicht ohne weiteres möglich ist. Das Material wird daher in den meisten Fällen a Ls als Verlustmaterial verworfen, was einen zusätzlichen Aufwand bedingt, zumal es sich bei den Fluidbett-Materialien urn speziell für diesen Zweck nach Struktur und Korngröße ausgesuchte und daher teure Materialien handelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verbrennung fester und flüssiger Mi-Materialien, insbesondere Haushalts- und Industriemüll in der Wi.rbelschicht zurunde, die eine verbesserte Führung des Verbrennungsvorganges, insbesondere der Fluid bett- und Abgastemperaturen sowie des Ascheaustrages ermöglichen. Die Erfindung besteht darin, daß die Fluidisierung des Granulatbettes sowie dessen Regulierung mittels Injektion mechanisch, elektrisch oder elektromagnetisch erzeugter Schwingungen erfolgt.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zur Verbrennung von Materialien in der Wirbelschicht geschaffen, durch das die @ Fluidisierung und die Regelung der Fluidbettumwälzungen mittels einer unabhängigen, d.h. weder von den Strömungsbedingungen der Luft beeinflußten noch die Verbrennung unmittelbar beeinflussenden Energie erfolgt, so daß die Luftzuführung ohne Rücksicht auf die Fluidisierungsbedingungen ausscjtl Leßlich an den von der Verbrennung gestellten Anforderungen ausgerichtet werden kann. Es können somit die zugeführte Verbrennungsluftmenge optimal auf die Brennstoffgleichwerte des eingebrachten Materials eingestellt und die Bett-und Abgastemperaturen auf die erforderlichen oder gewünschten @ Werte geregelt werden, wodurch weiterhin einerseits eine Zusatzbeheizung während des Laufenden Betriebes in praktisch allen Fällen entb@h@ lich und darüberhinaus andererseits die Möglichkeit zur Rückgewinnung der bei der Verbrennung anfallenden Wärme eröffnet wird.
Es hat sich schließlich als besonders vorteilhaftes Ergebnis der vorliegenden Erfindung gezeigt, daß durch die Fluidisierung des Granulatbettes mittels - hochfrequenter - Schwingungen erstmals eine unmittelbare Trennung tier Bettmaterialien und <1er Aschebestandt ei te lit verscit jedene Schichten im Ofen und das getrennte Austragen der Asche aus dem Ofen ohne wesentLiche Mit führung von Bettmaterial möglich ist, wobei es für die Trennung lediglich der entsprechenden Einstellung der Schwingung nach Wellenlänge, Amplitude und Frequenz in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht und der Korngröße der eingesetzten bezw. anfallenden Materialien bedarf. Es wird auf diese Weise eine wesentliche Verlängerung der Standzeit des eingesetzten Granulates und damit eine weitere Erhöhung der Wirtschaftlichkeit erzielt.
Vorteilhaft erfolgt die Aufgabe der Verbrennungsmaterialien getrennt in Abhängigkeit von ihrer Verbrennungswärme über voneinander unabhängige, in unterschiedlichen Brennkammerebenen gelegene Zuführungen derart, daß die Materialien mit niedrigen Verbrennungswärmewerten in hochgelegenen Brennkammerebenen und die Materialien mit höheren Verbrennungswärmewerten in tieferliegenden Brennkammerebenen bis unmittelbar in der Ebene des fluidisierten Granulatbettes aufgegeben werden. hierdurch wird eine wer.-tere erhebliche Verbesserung der Brennkammerführung durch verbrennungswärmewert-abhängige Aufgabe erreicht in der Weise, daß einerseits die AbfalistofFe mit hohem Wärmewert - etwa Altöle - unmittelbar in das Fluidbett aufgegeben und damit direkt ohne Bildung und Abgabe von Dämpfen in das Abgas verbrennen, während Abfallstoffe mit niedrigerem Wärmewert, die keine umweltschädlichen Dämpfe oder Gase abgeben, im höheren Schachtbereich aufgegeben werden können.
Die Fluidisierung kann mit hilfe der in pulsierende Schwingung verset zt en V<'rb rennungs tuf t oder mit Hilfe des in Schwingung versetzter1 Rostes erfolgen, wobei vorteilhaft hydraulishce Impulsgenerator einge- setzt werden, die auf einfachste Weise eine voneinander unabhängige Kegelung der Wellenlänge, Frequenz und Amplitude der Schwingung und damit eine Anpassung der Pulsation an die jeweiligen betrieblichen Anforderungen erlauben. Hierbei kann eine weitere übersteuernde Regelung zur Beeinflussung des Fluidbettes und dessen Umwälzung und/oder zur Materialtrennung in seine Granulat- und seine Ascliebestandtetle mittels zusätzlich über eine Brennkammerwand, beispielsweise eine Deflektorplatte oder eine Deflektorwand direkt oder - mit Hilfe von eingeführter Sekundärluft - indirekt eingebrachter Schwingungen vorgenommejl werden, wobei vorteilhaft sowohl für die Fluidisierung als auch dessen Regulierung hochfrequente mechanische Schwingungen von mehr als 1000 Hz Einsatz finden Eine erfindungsgemäße, von einer Brennkammer mit. iosl, einer unterhalb des Rostes gelegenen Luftzuführung sowie weiteren im Bereich der Brennkammerwand bezw. Brennkammerdecke gelegenen Zuführungen zur Aufgabe des Verbrennungsmaterials und gegebenenfalls Sekundärluft bestehende Vorrichtung weist zweckmäßig in dem Luftzuführungskanal oder in den einzelnen zu den Verbrennungszonen führenden Abzweigleitungeu jeweils einen mechanischen, elektrischen oder elektromagnetischen Schwingswerzeuger oder mehrere derartige Schwingserzeuger auf, mit dessen (deren) hilfe die zuströmende Verbrennungsluft in pulsierende Schwingung versetzt wird. Es kann jedoch auch an dem Rost ein solcher Schwingungserzeuger oder mehrere Schwingungserzeuger angeordnet sein, mit deren Hilfe der Rost in Schwingung versetzt und damit das Granulatbett fluidisiert wird.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in der (den) Luftzuführungskammer(n) unterhalb des Rostes eine Einrichtung zur Führung der Verbrennungsluft vorgesehen sein, mit deren Hilfe die dem Fluidbett zuströmende Luft nach Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Stromungsrichtung gesteuert werden kann. Es wird hierdurch eine weitere Möglichkeit zur Kegelung der Ofenführung eröffnet. Tlierbei kann die Einrichtung von einem Rohrrost gebildet sein, dessen Rohre sich parallel zu den Schlitzen des Rostes erstrecken und der in seiner Gesamtheit senkrecht zur Rostebene verstellbar und um eine sich parallel zu den Roststäben erstreckende Achse schwenkbar in der Luftzuführungskammer angeordnet ist.
An der der Umfiihrung des 1'ltiidbettes dienenden Defiektorpiatte bezw.
der Deflektorwand und/oder in dem in der Deflektorplatte bezw. Deflektorwand mündenden Luftzuführungskanal ein hydraulischer lmpulsgeber angeordnet ist mit dessen (deren) Hilfe die dem Fluidbett zuströmende Sekundärluft und/oder die Deflektorplatte in Schwingung versetzt wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung eines Wirbelschichtofens zur Miillverbrennung mit Schwingungsrost Fig. 2 die schematische Darstellung eines Wirbeischichtofens zur MüLlverbrennung mit Schwingungsiajektion über die Verbrennungsluft Die in der Zeichnung wiedergegebene Vorrichtung zur Verbrennung fester oder flüssiger Materialien besteht aus einer Brennkammer 1 mit Rost 2, einer unterhalb des Rostes 2 gelegenen Luftzuführung 3 sowie weiteren im Bereich der Brennkammerwand bezw. Brennkammerdecke gelegenen Zuführungen 4, 5, 6, 7, über die das zu verbrennende Abfallmaterial und gegebenenfalls Sekundärluft in die Brennkammer eingefiihrt: werden. Die gebildete Asche wird über den Austrag 8 untl das gebildete Abgas über die Abgasabführung 9 - teilweise zur Vorwärmung der Primärluft im Gegenstrom zur Luftzuführungsleitung 3 - ausgetragen. Die eine der Brennkammerwände 11 ist unter Bildung einer Deflektorwand 12 eingezogen ausgebildet, in der die der Zuführung von Sekundärluft dienende Leitung 7 mündet. Das Granulatbett 13 dient als Verbrennungsver irit tier.
Im Fall der in Fig. 1 wiedegegebenen Ausführungsform sind der Rost 2 in voneinander schwingungsunabhängig angeordnete Sektoren 2A, 2B, 2C, 2D unterteilt und jeder Sektor mit einem unabhängig von den anderen regelbaren Schwinger 14 versehen, mit deren flllfe die Sektoren des Rost in Schwingung versetzt und damit das Granulatbett 13 fluidisiert und umgewälzt werden. Es finden vorteilhaft hydraulische Impulsgenerator Anwendung, deren hervorragende Eignung darauf beruht, daß sie eine voneinander unabhängige Regelung von Freuqenz, Wellenlänge und Amplitude der Schwingung ermöglichen.
Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform ist in jedem der zu dem Rost führenden Abzweige 3A, 3B, 3C des Luftzuführungskanals 3 ein Schwingungsgenerator 15, vorteilhaft ebenfalls ein hydraulischer Impul generator angeordnet, mit deren Hilfe die zuströmende Verbrennungsluft - in den einzelnen Abzweigleitungen unabhängig voneinander regelbar - in pulsierende Schwingung versetzt werden. In den Luftzuführungskanälen 3A bis '3(: ist unterhalb des Rost es eine Einrichtung zur Führung der Verbrennungsluft vorgesehen, mit deren HIi fe d die in das Bett 1'3 einströmende Luft nach Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung gesteuert werden kann. Sie besteht im dargestellten Beispiel aus einem Profilstabrost 16, dessen Stäbe sich parallel zu den Schlitzen des Rostes 2 erstrecken und einzeln senkrecht zur Rostebene verstellbar sind.
Es sind schließlich an der der Umführung des Fluidbettes dienenden Deflektorwand 12 und in dem in der Deflektorwand 12 mündenden Luftzuführungskanal 7 jeweils ein weiterer hydraulischer Impulsgeber 17, 18 angeordnet, mit deren Hilfe zur weiteren Regelung der Bettumwälzung bezw.
Materialtrennung die Deflektorwand selbst oder die dem Fluidbett zuströmende Sekundärluft in Schwingung versetzt werden können.

Claims

Patentanspriichev Verfahren zur Verbrennung fester unc1/odrsr flüssiger Materialien, insbesondere Haus- oder Industriemüll in einem fluidisierten Granulatbett, das unter Luftzufuhr in einer I3rennknmmer umgewälzt wird, dadurch gekennzeichneL, daß die Fluidisierung des Granulatbettes sowie dessen Regulierung mittels Injektion mechanisch, elektrisch oder elektromagnetisch erzeugter Pulsation erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <Jiß die Aufgabe der Verbrennungsmaterialien getrennt in Abhängigkeit von ihrer Verbrennungswärme huber voneinander unabhängige, in unterschiedlichen Brennkammerebenen gelegene Zuführungen erfolgt derart, daß die Materialien mit niedrigen Verbrennungswärmewerten in hochgelegenen Brennkammerebenen und die Materialien mit höheren Verbrennungswärmewerten in tieferliegenden Brennkammerebenen bis unmittelbar in der Ebene des fluidisierten Granulatbettes aufgegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung mit Hilfe der in pulsierende Schwingung versetzten Verbrennungsluft erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung mit Hilfe des in Schwingung versetzten Rostes erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung und die Fluidbettregulierung mit Hilfe von einem oder mehreren hydraulischen Impuisgeneratoren erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bettregulierung mittels zusätzlich über eine Brennkammerwand, beispielsweise eine Deflektorplatte otlcr eine Deflektorwand direkt eingebrachte Schwingungen erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bettregulierung durch seitliche Einführung von in Schwingung versetzter Sekundärluft in die Brennkammer erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung des Fluidbettes sowie dessen Regulierung mittels hochfrequenter mechanischer Schwingur1gen von mehr als 1000 Hz erfolgt.
9. Vorrichtung zur Verbrennung fester od<r flüssiger Materialien nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus einer Brennkammer mit Rost, einer unterhalb des Rostes gelegenen Luftzuführung sowie weiteren im Bereich der 1Srennkammerwand bezw. Brennkammerdecke gelegenen Zuführungen, über die das Verbrennungsmateria1 und gegebenenfalls Sekundärluft in die Brennkammer eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftzuführungskanal (3) oder in den einzelnen zu den Verbrennungszonen führenden Abzweigleitungen (3A, 3B, 3(,) jeweils ein mechanisch, elektrisch oder elektromagnetisch, betätigter Schwinger oder mehrere derartige Schwinger (15) angeordnet ist (sind), mit dessen (deren) Hilfe die zuströmende Verbrennungsluft in pulsierende Schwingung versetzt wird.
10. Vorrichtung zur Verbrennung fester oder flüssiger Materialien nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8, bestehend nus einer Brennkammer mit Kost, einer unterhalb des Rostes gelegenen Luftzuführung sowie weiLeren im Bereich der Brenukammerwand bezw. Brennknmmerdecke gelegenen Zuführungen, über die das Verbrennungsmaterial und gegebenenfalls Sekundärluft, in die Brennkammer eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet:, daß an dem Rost (3) ein mechanischer oder elektromagnetischer Schwinger oder mehrere derartige Schwinger (14) angeordnet ist (sind), mit dessen (deren) Hilfe der Rost (3) in Schwingung versetzt und damit das Granulathett fluidisiert wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet-, daß der Kost (3) in voneinander schwingungsunabhängig angeordnete Sektoren (3A, 3B, 3C, 3D) unterteilt und jeder Sektor mit einem unabhängig von den anderen regelbaren Schwinger (14), vorteilhaft hydraulischen lmpulsgeneratoren versehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der (den) Luftzuführungskammer(n) un terij;il h des Rostes (3) eine Einrichtung (16) zur Führung der Verbrennungsluft vorgesehen ist, mit deren Hilfe die in das Sandbett einstr(imende Luft nach Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung gesteuert werden kann.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzei<-hnet, daß die Einrichtung zur Führung der Verbrennungsluft von einem Rohr- oder Profilstabrost gebildet ist, dessen Rohre bezw. Stäbe (16) sich parallel zu den Schlitzen des Rostes (2) erstrecken und der in seiner Gesantheit senkrecht zur Rostebene verstellbar und um eine sich parallel zu den Roststäben erstreckende Achse schwenkbar in der Luftzuführungskammer angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Umführung des 1luidbet tes dienenden Deflektorplatte bezw. der Deflektorwand (12) und/oder in dem in der Deflektorplatte bezw. Deflektorwand mündenden Luftzuführungskanal (7) ein hydrsulischer Impulsgeber (17, 18) angeordnet ist, mit dessen (deren) Hilfe die dem Fluidbett zuströmende Sekundärluft und/oder die Deflektorplatte bezw.

Deflektorwand (12) in Schwingung versetzt wird.