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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es erlaubt, Schlamm, insbesondere
von einer Abwasserbehandlungsanlage, in die Brennkammer eines Verbrennungsofens,
beispielsweise einer Hausmüllverbrennungsanlage,
einzuspritzen.
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Es
ist bereits eine Vorrichtung (WO 91/04445) bekannt, die es erlaubt,
Schlamm in die Brennkammer eines Verbrennungsofens einzuspritzen,
und welche mindestens eine Einspritzdüse mit kleinem Durchmesser
umfasst, die durch die Mittel zum Wärmeschutz der Brennkammer hindurchgeht und über eine
Verteilungskammer versorgt wird, wobei die Wärmeregelung der jeweiligen
Einspritzdüse so
durchgeführt
wird, dass in ihr entsprechend dem Einspritzvorgang die Bildung
eines abgemessenen Schlammstrangs erhalten wird, der in dem der
Verbrennungszone nahen Bereich eine oberflächliche Kruste umfasst.
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In
diesem Stand der Technik sind weiterhin Mittel vorgesehen, die es
erlauben, für
ein Freimachen und/oder Reinigen und/oder Verschließen der einzelnen
Einspritzdüsen
zu sorgen, wobei jedes dieser Mittel aus einer Stange besteht, die
durch die Wand der Verteilungskammer hindurchgeht und in die Einspritzdüse eindringt,
und diese Stangen manuell oder durch ein beliebiges geeignetes Mittel,
insbesondere Hydraulikzylinder, betätigt werden können.
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Die
industrielle Verwendung einer solchen Vorrichtung führt zu einer
gewissen Anzahl von Schwierigkeiten oder Unzulänglichkeiten, die insbesondere
aus einer schlechten Einbeziehung der Bedingungen resultieren, die
eingehalten werden müssen,
um ein homogenes Einspritzen des Schlamms in die Brennkammer durchzuführen, das
zu einer zufrieden stellenden Verbrennung des Schlammes führt, was
das gewünschte
Ziel ist, wobei diese Nachteile auch aus einer schlechten Berücksichtigung
der hohen Temperaturen im Verbrennungsofen resultieren.
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Die
Erfahrung zeigt, dass es günstig
ist, eine bestimmte Anzahl von Durchführungsbedingungen einzuhalten,
um zu einer effizienten und leistungsfähigen Verbrennung des eingespritzen
Schlamms zu kommen, nämlich
- – ist
es bei einem mit einem Rost versehenen Verbrennungsofen, aus welchem
der ganz überwiegende
Teil der gegenwärtigen
Hausmüllverbrennungsanlagen
besteht, günstig,
dass das Spritzen der Schlammstränge
auf das Hausmüllbett
nicht zu lokalisiert ist, das belüftet werden muss (d.h. ein
spezifisches Gewicht von 0,4 bis 0,5 aufweist), wobei die Gefahr
bestünde,
eine "Schlammhaube" (mit einem spezifischen
Gewicht von 1,1) zu erhalten, die zu einer schlechten Verbrennung und
somit zum Entstehen unverbrannter Bestanteile führen würde; es ist deshalb notwendig,
eine regelmäßige Einspritzung
des Schlamms über
die gesamte Breite des Rosts des Verbrennungsofens durchzuführen; jedoch
weisen die Roste der Verbrennungsofen üblicherweise eine Breite von 3
bis 5 Metern und sogar von 10 Metern auf, was eine spezielle Konstruktion
der Versorgungskammer der Einspritzdüsen sowie der Einspritzpunkte in
diese erfordert, damit eine Versorgungskammer mit solchen Abmessungen
realisierbar ist und die Einspritzdüsen, die von der Schlammzufuhr
am weitesten entfernt sind, aufgrund von Druckverlusten in der Leitung
nicht unterversorgt werden,
- – hat,
um eine gleichmäßige Verteilung
des Schlammdurchsatzes über
alle Einspritzdüsen
zu erhalten, die Erfahrung gezeigt, dass es notwendig ist, die Anzahl
der Einspritzdüsen
derart zu bemessen, dass der Schlammdurchsatz für eine Einspritzdüse mit einem
Durchmesser von 22 mm zwischen 50 und 250 kg/h liegt; bei unter
50 kg/h pro Einspritzdüse
besteht für
den Schlamm das Risiko, dass er in Berührung mit der Einspritzdüse trocknet
und daran anklebt, was zur Gefahr von wiederholten Verstopfungen
führt;
jedoch sind für die
zuvor beschriebene Vorrichtung des Standes der Technik keine Mittel
vorgesehen, die es erlauben, den Schlamm flexibel mit veränderlichem Durchsatz
und der Möglichkeit,
mit derselben Zuverlässigkeit
unter die Grenze von 50 kg Schlamm/h pro Einspritzdüse zu gehen,
einzuspritzen.
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Weiterhin
ist hinsichtlich der in der weiter oben erwähnten Veröffentlichung beschriebenen Vorrichtung
eine unzulängliche
Berücksichtigung
der Effekte hoher Temperaturen festzustellen. Diese sind verschiedener
Art, insbesondere:
- – ein Effekt der Ausdehnung
der Hitzeschutzmittel, wenn in diese die Rohrbündel des Wärmerückgewinnungssystems des Verbrennungsofens integriert
sind, was eine sehr verbreitete Konstruktion in gegenwärtigen Hausmüllverbrennungsanlagen
darstellt; die Nichtberücksichtigung dieser
Wärmeausdehnung
führt zu
der Gefahr einer irreversiblen Verformung der Einspritzdüsen, die
an der Schlammzuführungskammer
befestigt sind, die auf Umgebungstemperatur bleibt, weshalb die
Einspritzdüsen
keine Ausdehnung erfahren; beispielhaft befinden sich die Wände der Rohrbündel der
Wärmerückgewinnungssysteme im
Allgemeinen auf einer Temperatur von 250 °C (Temperatur des überhitzten
Dampfes, der durch diese Rohre strömt), die eine Ausdehnung zwischen
Stillstands- und Betriebsphase des Verbrennungsofens um 2,3 mm pro
Meter Breite des Verbrennungsofens verursacht, d.h. von 9 mm bei einem
Verbrennungsofen mit einer Breite von 4 Meter oder 23 mm bei einem
Verbrennungsofen mit 10 Meter Breite; daraus folgt, dass diese Werte
nicht vernachlässigbar
sind und die Verwendung von Einspritzdüsen mit festen Mittenabständen eine
bestimmte Anzahl von Nachteilen hat:
- – Auftreten
von Flugasche im Verbrennungsofen, die oberhalb einer Temperatur
von 1000 °C,
ein Wert, der in Brennöfen üblicherweise
erreicht wird, klebfähig
und sogar glasig wird und deshalb, indem sie sich in den Einspritzdüsen bei
einer Unterbrechung der Schlammzufuhr abscheidet, Verkrustungen
bilden kann, die gegenüber
den Räum-/Reinigungsmitteln
widerstandsfähig
sind und so dauerhafte Funktionsstörungen verursachen,
- – die
Gefahr der Korrosion von Bauteilen des Einspritzsystems; die durch
den Verbrennungsvorgang gebildeten Gase sind in dem Maße besonders
korrosiv, in welchem bestimmte Verbindungen, beispielsweise Chlor,
sich mit dem Wasserdampf zur Form von Chlorwasserstoff zurückverbinden
können;
es ist daher we sentlich, das Eindringen dieser Gase in das Einspritzsystem
zu verhindern; im Stand der Technik ist jedoch nichts vorgesehen,
um diese Gase zurückzudrücken, wenn
das Einspritzen unterbrochen und das Einspritzsystem vom Schlamm
befreit wird, und
- – es
ist bekannt, dass das Feuer im Verbrennungsofen eine abrasive Wirkung
auf die Elemente hat, die sich direkt mit den Flammen in Berührung befinden;
diese Wirkung ist auf jede Metallkomponente mit üblichen Eigenschaften, ohne speziellen
feuerfesten Charakter, besonders ausgeprägt; außerdem verursacht die Exposition
gegenüber
Flammen das Problem einer beträchtlichen
Wärmeaufnahme
und Wärmeübertragung durch
Leitung dieser intensiven Wärme
auf einen großen
Teil der Einspritzdüse;
diese erleidet daher, da sie im Ofen endet, einen Abriebeffekt und eine
Verschlechterung ihrer mechanischen Eigenschaften durch längere Exposition
gegenüber
hohen Temperaturen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik werden erfindungsgemäße Perfektionierungen
vorgeschlagen, die es erlauben, einen zuverlässigen Betrieb des Einspritzsystems
für Schlamm,
das durch die Wärmeschutzmittel
der Brennkammer des Verbrennungsofens hindurchgeht, zu gewährleisten.
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Deshalb
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Einspritzen von insbesondere
aus einer Abwasserbehandlungsanlage stammendem Schlamm in die Brennkammer
eines Verbrennungsofens, speziell eines mit einem Rost versehenen
Verbrennungsofens für
Hausmüll,
der Einspritzdüsen
mit kleinem Durchmesser enthält,
die durch die Hitzeschutzmittel der Brennkammer hindurchführen und über eine
Verteilungskammer versorgt werden, wobei die jeweils aus einem Rohr
bestehenden Einspritzdüsen mit
Mitteln versehen sind, die es ermöglichen, sie freizumachen und/oder
zu reinigen und/oder zu verschließen, wobei diese Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einspritzdüsen regelmäßig über die gesamte Breite des
Rosts des Verbrennungsofens in einer Vielzahl von Gruppen verteilt sind,
die jeweils eine Vielzahl von Einspritzdüsen umfassen, wobei diesen
Gruppen der Schlamm durch mindestens eine Beschickungskammer an
einem Punkt zugeführt
wird, der sich im mittleren Drittel von deren Länge und vorzugsweise in der
Mitte der Länge
dieser Kammer oder in der Nähe
davon befindet, und dass sie eine Vielzahl von vorzugsweise zueinander
ausgerichteten Beschickungskammern umfasst, die jeweils eine Gruppe
von Einspritzdüsen versorgen
und durch ihre Enden miteinander in Verbindung stehen, wobei der
Schlamm an einem Punkt zugeführt
wird, der sich im mittleren Drittel der Länge der von den Beschickungskammern
gebildeten Gesamtheit und vorzugsweise in deren Mitte oder in der Nähe davon
befindet, und zwischen den einzelnen Kammern Ventile angeordnet
sind, um einige dieser Kammern von dem Teil, welchem Schlamm zugeführt wird,
zu trennen.
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Entsprechend
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung mindestens zwei Beschickungskammern, die
jeweils eine Vielzahl von Gruppen von Einspritzdüsen versorgen, wobei jeder
Kammer an einem Punkt, der sich in ihrem mittleren Drittel, vorzugsweise
in der Mitte oder in der Nähe
der Mitte dieser Kammer befindet, über eine Zuleitung Schlamm
zugeführt
wird und alle diese Leitungen über
eine zentrale Leitung, an welche die Zuleitungen angeschlossen sind,
von einer einzigen Pumpe versorgt werden.
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Erfindungsgemäß besteht
jede Beschickungskammer der Gruppen von Einspritzdüsen aus mehreren
vorzugsweise gleichen Komponenten, wobei diese jeweils eine Gruppe
von Einspritzdüsen umfassen
und durch Ausgleichsverbindungen miteinander verbunden sind.
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Entsprechend
einem anderen erfindungsgemäßen Merkmal
sind, um die Probleme zu lösen,
die aus der Ausdehnung des Verbrennungsofens resultieren, zwischen
den einzelnen Beschickungskammern der Einspritzdüsen oder den verschiedenen Komponenten
dieser Kammern an den Stellen, an denen die Einspritzdüsen durch
die Wand des Verbrennungsofens führen,
außer
den Ausgleichsverbindungen Spiele vorgesehen.
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Erfindungsgemäß sind Mittel
vorgesehen, um in den Stillstandsphasen der Vorrichtung Belüftungsluft
durch die Einspritzdüsen
zu blasen, dadurch diese abzukühlen und
korrosive Gase oder klebrige und verglasende Flugasche in die Kammer des
Verbrennungsofens zurückzudrücken. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
sind diese Mittel in Form von mindestens einem Gebläse ausgeführt, das
beispielsweise an einem Ende der Beschickungskammer oder an einer
Vielzahl von Punkten an dieser vorgesehen ist.
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Weitere
erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsbeispiele
veranschaulichen, näher
erläutert,
wobei
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1 einen
schematischen Querschnitt durch einen Verbrennungsofen, der mit
erfindungsgemäßen Perfektionierungen
versehen ist,
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2 einen 1 ähnlichen
Schnitt, der eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt,
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3 ein
anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
in einer den 1 und 2 ähnlichen
Ansicht,
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4 eine
Einzelheit im vertikalen Schnitt entlang der Achse einer Einspritzdüse und
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5 einen 1 ähnlichen
Schnitt, wobei die Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Belüftungssystem
für die
Einspritzdüsen versehen
ist, zeigt.
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Wie
weiter oben erwähnt,
stellt die Erfindung Perfektionierungen der in WO 91/04445, aus
welcher man sich unterrichten kann, beschriebenen Vorrichtung bereit.
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In 1 der
im Anhang befindlichen Zeichnungen ist mit 1 die Brennkammer
eines Verbrennungsofens, insbesondere eines Verbrennungsofens für Haushaltsmüll, schematisch
dargestellt. Mit 2 sind die rohrförmigen Einspritzdüsen nummeriert,
die für das
Einspritzen des Schlamms in die Brennkammer sorgen. Die Einspritzdüsen gehen
durch die Hitzeschutzmittel 3 der Brennkammer hindurch
und werden über
eine Beschickungskammer 4 mit Schlamm versorgt. Wie in
der weiter oben erwähnten
Veröffentlichung
beschrieben, sind Mittel vorgesehen, um die rohrförmigen Einspritzdüsen 2 freizumachen,
zu reinigen und/oder zu verschließen. Diese Mittel sind in Form
einer Stange ausgeführt,
die durch die Einspritzdüse
hindurchgeht und beispielsweise von einem Hydraulikzylinder 5 bewegt
wird.
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Erfindungsgemäß sind die
Einspritzdüsen regelmäßig über die
gesamte Breite des Rostes des Verbrennungsofens verteilt und in
einer Vielzahl von Gruppen 6 (3 Gruppen im Ausführungsbeispiel
von 1), angeordnet, wobei jede Gruppe eine bestimmte
Anzahl von Einspritzdüsen 2 (4
Einspritzdüsen
im Beispiel von 1) umfasst. Die Gruppen 6 aus
Einspritzdüsen 2 werden
alle von der Beschickungskammer an einer Stelle versorgt, die sich
im mittleren Drittel, vorzugsweise in der Nähe der Mitte oder sogar in
der Mitte der Länge
dieser befindet. In 1 ist die Schlammzuleitung der
Kammer 4 mit 7 nummeriert.
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Erfindungsgemäß kann die
Beschickungskammer 4 in eine bestimmte Anzahl gleicher
Bestandteile unterteilt werden, die durch Ausgleichsverbindungen 8 miteinander
verbunden sind. Diese Bestandteile, die 400 bis 1500 mm lang sind,
können werksseitig
in herkömmlichen
metallverarbeitenden Betrieben leicht hergestellt werden. Die Verbindung mehrerer
dieser Bestandteile, die auf Stoß angeordnet und durch Ausgleichsverbindungen 8 miteinander
verbunden werden, erlaubt es, eine Schlammzufuhr zu einem Verbrennungsofen
mit großer
Breite, die bis zu 10 Meter gehen kann, durchzuführen.
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Die
Schlammzufuhr zu einer Einspritzstelle, die sich im ersten Drittel,
vorzugsweise in der Mitte, oder in der Nähe der Mitte der Beschickungskammer befindet,
wie weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben,
ist eine geeignete Lösung für Einspritzbreiten
von unter 5 Metern. Dabei ist für
jede größere Breite
eine gleichmäßige und
regelmäßige Zufuhr
zu den einzelnen Einspritzdüsen
vorzusehen, beispielsweise indem die Schlammzuleitungsstellen vervielfacht
werden.
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In 2 ist
eine Ausführungsform
dieser erfindungsgemäßen Abwandlung
gezeigt.
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In
dieser Abwandlung umfasst die Vorrichtung zwei Beschickungskammern 4a, 4b,
die jeweils aus mehreren gleichen Bestandteilen hergestellt werden
können,
die über
Ausgleichsverbindungen 8 miteinander verbunden werden,
wie weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Dabei versorgt jede Beschickungskammer eine bestimmte Anzahl Gruppen 6 von
Einspritzdüsen
(3 Gruppen umfassen jeweils 4 Einspritzdüsen im Ausführungsbeispiel von 2)
und wird ihrerseits in der Mitte über eine Zuleitung 9a bzw. 9b mit
Schlamm versorgt, wobei die zwei Zuleitungen an eine einzige Zuleitung 10 angeschlossen
sind. So ist es möglich,
die Vorrichtung mittels einer einzigen (nicht dargestellten) Schlammpumpe
zu versorgen, an deren Druckseite die Zuleitung 10 angeschlossen
ist. Beispielhaft ist zu erwähnen,
dass die Auftrennung der zentralen Zuleitung 10 in zwei
Abzweige 9a, 9b in einer Entfernung von etwa 10
m vor den Beschickungskammern 4a, 4b ausgeführt wird,
was es erlaubt, durch die Druckverluste des Schlamms, die in den
Abzweigen 9a, 9b verursacht werden, eine ausgeglichene
Verteilung an den zwei Zufuhrstellen zu den Kammern 4a, 4b zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß muss der
Schlammdurchsatz einer Einspritzdüse mit einem Durchmesser von 22
mm 50 bis 250 kg/h betragen. Dieser Bereich kann als Verhältnis zum
Durchgangsquerschnitt für Einspritzdüsendurchmesser
von 10 bis 40 mm berechnet werden.
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Entsprechend
einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal
wird/werden, wenn der gesamte Schlammdurchsatz, der in die Brennkammer
des Verbrennungsofens eingespritzt werden soll, es nicht erlaubt,
diese Untergrenze von 50 kg Schlamm/h pro Einspritzdüse zu erreichen,
ein oder mehrere Bestandteile von der Beschickungs kammer 4 mittels Absperrventilen 11 abgetrennt,
die zwischen den Bestandteilen auf der Seite der Ausgleichsverbindungen 8 angeordnet
werden. In 3 ist ein Ausführungsbeispiel
dieser Abwandlung gezeigt. In dieser wird der Schlamm in die Brennkammer
des Verbrennungsofens über
drei Einspritzdüsengruppen 6a, 6b, 6c eingespritzt,
die von drei Bestandteilen 4a, 4b bzw. 4c der
Beschickungskammer über
die zentrale Zuleitung 7 mit Schlamm versorgt werden. Die
Bestandteile 4a, 4b, 4c der Beschickungskammer
sind voneinander durch Absperrventile 11 getrennt, die auf
der Seite der Ausgleichsverbindungen 8 angeordnet sind.
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So
erlaubt es in diesem Ausführungsbeispiel eine
Einheit aus zwölf
Einspritzdüsen,
die auf drei Bestandteile der Beschickungskammer verteilt sind, mindestens
600 kg Schlamm/h, angegeben als Gesamtdurchsatz, zuverlässig einzuspritzen.
Um eine Schlammeinspritzung unterhalb dieser Grenze durchzuführen, reicht
es, einen seitlichen Bestandteil 6a oder 6c abzutrennen
und so den Schlamm ab einem Gesamtdurchsatz von 400 kg/h einzuspritzen, oder
(wie in 3) die zwei seitlichen Bestandteile 6a und 6c abzutrennen
und den Schlamm aus der mittigen Gruppe 6b aus Einspritzdüsen 2b ab
200 kg/h Gesamtdurchsatz einzuspritzen.
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Um
das Problem der Ausdehnung des Verbrennungsofens im Fall eines solchen
zu lösen,
der Hitzeschutzmittel 12 (4) umfasst,
in welche eine rohrförmige
Wand 13 integriert ist, sind erfindungsgemäß nicht
nur die weiter oben genannten Ausgleichsverbindungen 8,
die zwischen den Bestandteilen der Beschickungskammern angeordnet
sind, sondern auch Spiele 14 am Durchgang der Einspritzdüsen 2 durch
die Wand des Verbrennungsofens vorgesehen. Diese Spiele 14 erlauben
es, die Dehnung der Wand zwischen Stillstands- und Betriebsphasen
des Ofens aufzunehmen; sie sind für jedes Teil erforderlich,
das fest mit der Ofenwand verbunden ist und durch welches eine Einspritzdüse hindurchgeht.
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Damit
die Einspritzdüse
nicht direkt von dem feuerfesten Beton aufgenommen wird, der die
Ofenwand bildet, wird sie erfindungsgemäß beim Gießen des feuerfesten Betons
mit einer Dicke 16 aus Isolierfasern umhüllt, die
hohen Temperaturen widerstehen, beispielsweise vom Typ Keramikfilz,
die die erforderliche Nachgie bigkeit zwischen Einspritzdüse und Ofenwand
sicherstellt, wenn sich letztere ausdehnt. Beispielhaft ist zu erwähnen, dass
das Spiel 14 mindestens etwa 3 mm betragen muss.
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Entsprechend
einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal
wird das Ende der Einspritzdüsen 2 von
einem Ansatzstück 15 aus
feuerfestem Material, beispielsweise aus Chromgusseisen, geschützt, das dieses
Ende gleichzeitig vor dem Abrieb durch Flammen und einer übermäßigen Wärmeaufnahme
und -leitung schützt.
Dieses Ansatzstück 15 ist
ein im feuerfesten Beton der Wand des Verbrennungsofens 1 eingegossenes
Teil, das gegenüber
der Einspritzdüse 2 das
bei der Ausdehnung der Wand erforderliche Spiel 14 enthalten
muss.
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Entsprechend
einem anderen erfindungsgemäßen Merkmal
sind Mittel für
den Schutz der Einspritzdüsen
vor verschiedenen Angriffen vorgesehen, wenn das Einspritzsystem
angehalten und durch Spülung
vom Schlamm befreit worden ist. Diese Mittel (5)
sind in Form von mindestens einem Gebläses 16 ausgeführt, das
eine in den Verbrennungsofen gerichtete Zwangsbelüftung aufrechterhält. Dabei
kann die Belüftungsluft
von außerhalb
des Ofens oder von Nebenluftleitungen des Ofens entnommen werden.
Sie wird von dem Gebläse 16 in
die Beschickungskammer/n 4 entweder durch eines ihrer Enden
(wie im Ausführungsbeispiel
von 5 veranschaulicht) oder an einer Vielzahl von
Punkten, beispielsweise durch die Spülventile der Einspritzdüsen, eingeleitet.
Diese Luft wird von den Einspritzdüsen in den Ofen geblasen.
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Diese
Belüftung
schützt
die Einspritzdüsen vor
einer Anzahl von Gefahren: Zurückdrücken der korrosiven
Ofengase, Zurückdrücken klebfähiger und vitrifizierbarer
Asche und Abkühlung
der Einspritzdüsen,
was es somit erlaubt, deren Lebensdauer zu verlängern und deren mechanische
Eigenschaften noch länger
zu erhalten.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen und/oder dargestellten
Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, sondern alle Abwandlungen umfasst, wie sie in den Patentansprüchen definiert
sind.