DE4122157C2 - Drehofen für die Verbrennung von pflanzlichen Stoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehofen für die Verbrennung von pflanzlichen Stoffen, mit einer sich drehenden Trommel, die mit der Trommel mitdrehende Förderelemente zum Fördern der pflanzlichen Stoffe von einer Einfüllstelle in eine durch einen Hilfsbrenner beheizte Brennkammer am Ende der Trommel aufweist, wobei ein Teilstrom der bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsabgase zum Trocknen und Entgasen der pflanzlichen Stoffe im Gegenstrom zu den pflanzlichen Stoffen durch die Trommel zu einem im vorderen Bereich der Trommel angeordneten Abgasauslaß geführt ist.

Pflanzliche Stoffe, insbesondere Holz und Holzabfälle werden seit Alters her zur Wärmeversorgung in Feuerungsanlagen verbrannt. Sofern es sich bei diesen Feuerungsanlagen um mechanisch beschickte Anlagen handelt, wird der Brennstoff entweder im Flug verbrannt, oder auf Rosten zur Verbrennung abgelegt.

Je nach Bauart der Feuerung ist es allerdings notwendig, Stoffe von möglichst gleicher Teilchengröße einzusetzen und/oder den Stoff auf einen von der Feuerungsbauart abhängigen Feuchtegehalt vorzutrocknen.

Neben den technologischen Schwierigkeiten bei der Verbrennung von miteinander vermischten pflanzlichen Stoffen besteht ein weiteres Problem bei deren Verbrennung in der Einhaltung der immer strenger werdenden Emissionsgrenzen.

Es sind daher auf die Verbrennung bestimmter pflanzlicher Stoffe spezialisierte Feuerungsanlagen gebaut worden, die auf Grund ihrer Spezialisierung nur bedingt geeignet waren, verschiedene Brennstoffe, wie z. B. Häckselholz, Holzspäne, Getreidestroh oder Reststoffe aus der Nahrungsmittelindustrie gleichermaßen gut zu verbrennen und unter allen Betriebsbedingungen, die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte der Rauchgasemissionen einzuhalten.

Neben den vorangehend beschriebenen spezialisierten Verbrennungsvorrichtungen sind auch Öfen bekannt, mit deren Hilfe auch miteinander vermischte pflanzliche Stoffe unterschiedlicher Zusammensetzung verbrannt werden können. Ein solcher Ofen ist in der deutschen Patentschrift 24 33 676 beschrieben. Bei dieser als Drehrohrofen ausgebildeten Vorrichtung werden die pflanzlichen Stoffe über eine Einfüllschütte einer Drehtrommel zugeführt, in der sie von der Einfüllstelle zur Brennstelle am Ende der Trommel gefördert werden. Dabei werden die bei der Verbrennung entstehenden Abgase im Gegenstrom zu den pflanzlichen Stoffen - um diese vorzutrocknen - durch die Drehtrommel zu einem Abgasauslaß im Bereich der Einfüllstelle geleitet. Die bei dem Trocknen der pflanzlichen Stoffe entstehenden Schwelgase und Brüden vermischen sich mit den Verbrennungsabgasen und werden mit diesen aus der Drehtrommel herausgeleitet.

Ein Drehofen zur Verbrennung pflanzlicher Stoffe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist durch die deutsche Patentschrift 36 32 548 bekannt. Dort sieht man vgl. Fig. 1 die Pyrolyse pflanzlicher Materialien mit nachfolgender Verbrennung des Schwelkokses in der Brennkammer vor. Die beim Verbrennungsvorgang entstehenden Rauchgase werden zur indirekten Beheizung der Pyrolysetrommel eingesetzt und schließlich gemeinsam mit den beim Pyrolyseprozeß freigesetzten Schwelgasen einer nachgeschalteten Verbrennung in einer externen Nachbrennkammer zugeführt. Bei diesem Stand der Technik handelt es sich also um eine lineare Abfolge von Verfahrensschritten, nämlich der Pyrolyse, der Verbrennung in der Brennkammer und der Nachverbrennung der Gasbestandteile in einer Nachbrennkammer. Der anmeldungsgemäße Drehofen unterscheidet sich von dieser Lehre vor allem dadurch, daß es sich erfindungsgemäß um einen geschlossenen oder Kreisprozeß handelt.

Daraus ergeben sich folgende Vorteile:

• 1. Der konstruktive Aufwand für einen derartigen Drehofen wird deutlich verringert, da eine zweite Brennkammer, d. h. eine Nachbrennkammer, entbehrlich wird.
• 2. Durch die mit Hilfe des Kreisprozesses erreichte interaktive Verbrennung von aus der Trommel abgesaugten und zur Brennkammer zugeführten Schwelgase wird eine vollständige Oxidation derselben sichergestellt.

Damit erlaubt der erfindungsgemäße Drehofen einerseits, die infolge unvollständiger Verbrennung auftretenden Schadstoffemissionen weitgehend zu minimieren, weiterhin erlaubt er auch einen höheren Wirkungsgrad beim Verbrennungsprozeß zu erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Verbrennen von pflanzlichen Stoffen anzugeben, bei der der die beim Trocknen der pflanzlichen Stoffe entstehenden Schwelgase und Brüden auf einfache Weise ohne die Umwelt zusätzlich zu belasten, gereinigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Nachverbrennung der Abgase wird die Einhaltung der Emissionsgrenzen sichergestellt. Da für das Nachverbrennen die Brennkammer des Ofens selbst genutzt wird, werden nur sehr wenige zusätzliche Bauelemente für die Entsorgung des belasteten Verbrennungsabgasteilstromes benötigt. So können die bei der Trocknung und Entgasung der pflanzlichen Stoffe entstehenden Gase und Brüden und der Abgasteilstrom bei einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit über eine einfache Abgasleitung in die Brennkammer zurückgeführt werden. Ist die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase zu gering, so kann beispielsweise ein Verdichter zugeschaltet werden, der die Abgase aus der Trommel des Drehofens absaugt, und in die Brennkammer einbläst.

Das Trocknen der pflanzlichen Stoffe in der Trommel des Drehofens kann dadurch beschleunigt werden, daß die Förderelemente zum Auflockern und Verwirbeln der pflanzlichen Stoffe in der Trommel als Hubschaufeln ausgebildet sind, die an der Trommelinnenwand befestigt sind.

Durch eine solche Ausbildung der Förderelemente wird verhindert, daß die pflanzlichen Stoffe im unteren Bereich der Drehtrommel einen Ballen bilden, der immer wieder von neuem verwendet wird, ohne das er von dem heißen Verbrennungsabgas durchströmt ist. Stattdessen werden die pflanzlichen Stoffe mit Hilfe der Hubschaufel aus dem unteren Bereich der Drehtrommel soweit angehoben, bis sie von dem oberen Bereich der Drehtrommel von den Hubschaufeln herabfallen und dabei von den einzelnen Verbrennungsabgasen erfaßt werden. Auf diese Weise sind die einzelnen Stücke der Abfallmasse vollständig vom heißen Abgas umströmt, so daß ihre Verdunstungsfläche erheblich vergrößert ist. Die vergrößerte Verdunstungsfläche gewährleistet, daß die pflanzlichen Stoffe in einer kurzen Zeit für anschließende Verbrennung ausreichend vorgetrocknet sind.

Die Wärmeausnutzung des Drehofens kann verbessert und das Volumen der bei der Verbrennung der pflanzlichen Stoffe entstehenden Asche kann reduziert werden, wenn im Aschenauslaß der Brennkammer ein Rost angeordnet ist, auf dem die unvollständig verbrannten Bestandteile der bei der Verbrennung der pflanzlichen Stoffe entstehenden Asche ausbrennen.

Die Wärme der aus dem Drehofen ausgestoßenen Abgase kann dadurch genutzt werden, daß hinter dem Abgasauslaß der Brennkammer ein Wärmetauscher angeordnet ist.

Auf diese Weise läßt sich die in den pflanzlichen Abfällen noch enthaltene Energie als Wärmeenergie für weitere Arbeitsprozesse oder beispielsweise zum Heizen von Wohnungen nutzen. Dabei läßt sich der Wirkungsgrad des Drehofens dadurch noch weiter erhöhen, daß der Volumenstrom der der Brennkammer zugeführten Verbrennungsluft nahe des stöchiometrischen Luft-/Brennstoffverhältnis so eingestellt ist.

Die Brennleistung für die Verbrennung der pflanzlichen Abfälle kann in Abhängigkeit von dem in den Drehofen eingefüllten Abfallvolumen dadurch leicht gesteuert werden, daß die Brennstoffzufuhr für den Hilfsbrenner durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Trommel geregelt ist, wobei die Drehzahl der Trommel von der Menge der der Trommel zugeführten pflanzlichen Stoffe bestimmt ist. Sobald eine ausreichende Brennraumtemperatur in der Nachbrennkammer erreicht ist, wird der Hilfsbrenner abgeschaltet und der Verbrennungsprozeß selbsttätig durch die Verbrennungswärme der pflanzlichen Stoffe aufrechterhalten. Die Feuerungsleistung wird dabei so geregelt, daß mit einer Erhöhung der Brennstoffmenge auch die Drehzahl erhöht wird. Hierdurch wird ein für Festbrennstoffe ungewöhnlich weiter Regelbereich der Feuerungsleistung erzielt.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Drehofen im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Drehrohrofen nach Fig. 1 entlang der Linie I-I;

Die pflanzlichen Stoffe gelangen über eine Einfüllschütte 8 in den feuerfest ausgekleideten Drehrohrofen 1. Durch die Drehbewegung des Ofens 1 und die im Ofen angebrachten Hubschaufeln 10 wird der Brennstoff aufgelockert und in Längsrichtung axial durch den Drehrohrofen gefördert.

Am Ende 1a des Drehrohrofens werden die pflanzlichen Stoffe verbrannt. Die dabei entstehenden heißen Abgase werden zu einem Teil durch ein Sauggebläse 4 in den Drehrohrofen hinein in den Bereich der Einfüllschütte 8 gesaugt und von dort über Saugleitungen 4a abgesaugt. Durch die heißen Gase werden die pflanzlichen Stoffe getrocknet. Die bei dieser Trocknung entstehenden Gase und Brüden werden mit den Verbrennungsabgasen von dem Sauggebläse 4 abgesaugt.

Die bei der Verbrennung der pflanzlichen Stoffe entstehende Asche fällt durch einen Aschenschacht 9 aus, der in axialer Richtung direkt hinter der Brennstelle 1a des Drehrohrofens 1 angeordnet ist.

Der Teil des bei der Verbrennung der pflanzlichen Stoffe entstehenden Abgases, der nicht in den Innenraum des Drehrohrofens hineingesaugt wird, wird im Brennraum 2 nachverbrannt. In diesem Brennraum 2 werden über Leitungen 4b die durch das Sauggebläse 4 aus dem Innenraum des Drehrohrofens 1 abgesaugten Abgase und Brüden eingeleitet.

Die für die Nachverbrennung erforderliche Luft wird über ein Luftgebläse 5 in den Brennraum 2 gefördert. An der Stirnseite des Nachverbrennungsraumes 2 ist ein mit fossilen Brennstoffen, wie z. B. ein mit Heizöl betriebener Hilfsbrenner 3 zur Erzeugung der erforderlichen Verbrennungstemperaturen angeordnet.

Die Abgase, die bei der Nachverbrennung entstehen, werden über Abgasleitungen 7a einem Wärmetauscher 7 zugeführt und zur Erzeugung von Dampf, Heißwasser oder Heißgas abgekühlt. Ein Teilstrom, der so abgekühlten Abgase wird über eine Leitung 7b der Luft zugemischt, die im nah-stöchiometrischen Verhältnis zur Gewährleistung eines optimalen, d. h. schadstoffarmen Verbrennens als Verbrennungsluft durch das Gebläse 5 in den Brennraum 2 der Nachverbrennung gefördert wird. Die übrigen abgekühlten Abgase werden über ein Gebläse 6 in die Atmosphäre geblasen.

Claims (5)

1. Drehofen für die Verbrennung von pflanzlichen Stoffen, mit einer sich drehenden Trommel (1), die mit der Trommel mitdrehende Förderelemente zum Fördern der pflanzlichen Stoffe von einer Einfüllstelle (8) in eine durch einen Hilfsbrenner (3) beheizte Brennkammer (2) am Ende der Trommel aufweist, wobei ein Teilstrom der bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsgase zum Trocknen und Entgasen der pflanzlichen Stoffe im Gegenstrom zu den pflanzlichen Stoffen durch die Trommel zu einem im vorderen Bereich der Trommel angeordneten Abgasauslaß geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß der Trommel (1) mit der Brennkammer (2) über eine Abgasleitung (4a, 4b) verbunden ist, über die die mit den bei der Trocknung der pflanzlichen Stoffe entstehenden Schwelgase und Brüden vermischten Verbrennungsgase zu ihrer Nachverbrennung in die Brennkammer (2) zurückströmen.

2. Drehofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderelemente zum Auflockern und Verwirbeln der pflanzlichen Stoffe in der Trommel als Hubschaufeln (10) ausgebildet sind, die an der Trommelinnenwand befestigt sind.

3. Drehofen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Aschenauslaß (9) der Brennkammer (2) ein Rost angeordnet ist, auf dem die unvollständig verbrannten Bestandteile der bei der Verbrennung der pflanzlichen Stoffe entstehenden Asche ausbrennen.

4. Drehofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Abgasauslaß der Brennkammer (2) ein Wärmetauscher (7) angeordnet ist.

5. Drehofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Trommel geregelt ist, wobei die Drehzahl der Trommel von der gewünschten Feuerungsleistung bestimmt ist.