DE69207802T2

DE69207802T2 - Müllverbrennungsofen

Info

Publication number: DE69207802T2
Application number: DE69207802T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Sato; Kazuyoshi Shimizu; Yukio Yamagishi; Hiroshi Yoshida
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1992-04-06
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2012-04-07
Also published as: CN1068642A; CN1039154C; EP0509364A3; AU1407392A; DE69207802D1; EP0509364B1; CA2065551A1; ATE133490T1; EP0509364A2; CA2065551C; ES2085511T3; AU642345B2; GR3019578T3; KR920020125A; KR100213984B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsvorrichtung für städtischen Müll, die konstruiert ist, so daß der Betrag des nicht-verbrannten Gases, das davon erzeugt wird, minimiert wird.
Als Mittel zum Minimieren des Betrags von nicht-verbranntem Gas, das von einer Verbrennungsvorrichtung erzeugt wird, wurden bis jetzt verschiedene Techniken vorgeschlagen: zum Beispiel "Refuse Incinerating Method and Apparatus therefor", offenbart in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 63-282414 und "Apparatus for controlling NOx und Unbumt Gas Generated from Fluidized-Bed Incinerator", offenbart in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 63-279013.
Bei jedem oben beschriebenen Stand der Technik ist eine Sekundärlufteinspritzeinrichtung bzw. -einführeinrichtung über eine Verbrennungskammer angeordnet, um ein Mischen von Sauerstoff und nicht-verbranntem Gas durch eigene Wirbel- bzw. Vortexströmung zu fördern, die durch die eingeführte Luft erzeugt wird, wodurch die Erzeugung von schädlichen Substanzen gesteuert wird.
Jedoch hängt bei jedem oben beschriebenen Stand der Technik das Mischen der Sekundärluft und des unverbrannten Gases von der Durchdringungskraft der eingeführten Luft (d. h. von der Strömungsgeschwindigkeit, bei der Sekun därluft in die Verbrennungskammer geblasen wird) ab. Demzufolge, wenn der Abstand von den Sekundärlufteinführanschlüssen zunimmt, wird die Rührkraft schnell schwächer, so daß es eine Möglichkeit gibt, daß unverbranntes Gas durch einen Bereich passieren wird, wo die eingeführte Sekundärluft keinen Effekt ausübt, was ein Versagen zur Folge hat, ein Mischen des unverbrannten Gases und der Luft zu erreichen. Falls die Anzahl der Lufteinführanschlüsse erhöht wird, um ein derartiges Problem zu verhindern, wird die Durchdringungskraft der eingeführten Luft unerwünschtermaßen schwach.
Sogar wenn ein Drosselteil in der nachgeschalteten Stufe vorgesehen ist, wie bei der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 63-282414 offenbart ist, kann unverbranntes Gas, das passiert, ohne die Luft zu kontaktieren, ebenfalls durch den Drosselteil laufen, ohne die Luft zu kontaktieren.
Ferner offenbart. EP-O 286 077 ein Verfahren zum Verbrennen von städtischem Müll sowie ein Verbrennungsgefäß. Die durch die Verbrennung erzeugten Rauchgase werden mit einem Sekundärluftstrom gemischt, und zwar vor einer Verbrennung der Rauchgase. Der Sekundärluftstrom läuft durch einen Drosseldurchlaß, und zwar vor dem Eintritt der Rauchgase in die Verbrennungszone, so daß das Rauchgas abgebremst wird in eine gleichförmige Temperaturzone der Verbrennungskammer, und zwar vor dem Drosseldurchlaß bezüglich der Richtung der Strömung.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungsvorrichtung vorzusehen, die so konstruiert ist, daß die Reaktion von unverbranntem Gas mit Sauerstoff zuverlässig und schnell voranschreitet, und zwar ohne die Möglichkeit, daß das unverbrannte Gas abgelassen bzw. entladen wird, ohne mit Sauerstoff zu reagieren, wodurch der Betrag des von der Verbrennungsvorrichtung erzeugten unverbrannten Gases minimiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verbrennungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart.
Das heißt, um die oben genannten Probleme zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Verbrennungsvorrichtung vor, wobei ein Objekt der Verbrennung verbrannt wird, und zwar entweder in einem Feuergitterteil oder in einem fluidisierten Sandbetteil und erzeugtes Verbrennungsgas in eine Verbrennungskammer eingeführt wird, die direkt oberhalb des Feuergitterteils oder des fluidisierten Sandbetteils vorgesehen ist und in Verbindung bzw. Kommunikation damit ist und mit Sekundärluft in der Verbrennungskammer gemischt wird, wodurch die Verbrennung mit einer vorbestimmten Residenz- bzw. Verweilzeit vollendet wird. Ein Drosseldurchlaß erstreckt sich über einen vorbestimmten Abstand, der durch einen Zwischenteil der Verbrennungskammer definiert ist, der in der Querschnitts richtung bezüglich der Strömungsrichtung von Gas kontrahiert ist, um die Strömungsgeschwindigkeit, bei der Gas dahindurch läuft, zu erhöhen. Eine untere Verbrennungskammer, die durch einen Teil der Verbrennungskammer definiert ist, befindet sich unterhalb des Drosseldurchlasses und ist in der Qurschnittsrichtung vergrößert. Eine obere Verbrennungskammer, die durch einen Teil der Verbrennungskammer definiert ist, befindet sich oberhalb des Drosseldurchlasses und ist in der Querschnittsrichtung vergrößert. Eine erste Barriere bzw. Schranke ist in der Nähe des Einlasses des Drosseldurchlasses über die untere Verbrennungskammer angeordnet, um die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme zu verzweigen, wobei die erste Barriere eine hohle Struktur besitzt, deren Seitenwände in einer Vielzahl von Sekundärlufteinführanschlüssen gebildet sind, und zwar zum Herausstrahlen von Sekundärluft in einer Richtung entgegen zu oder quer bzw. kreuzend zu der Strömung von Verbrennungsgas. Eine zweite Barriere ist in der Nähe eines Auslasses des Drosseldurchlasses über die obere Verbrennungskammer angeordnet, um die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme zu verzweigen.
Somit ist ein Drosseldurchlaß in einem Zwischenteil der Verbrennungskammer vorgesehen und ein Teil der Verbrennungskammer, der unterhalb des Drosseldurchlasses ist, ist als eine untere Verbrennungskammer definiert, und ein Teil der Verbrennungskammer, der oberhalb des Drosseldurchlasses ist, ist als eine obere Verbrennungskammer definiert. Zusätzlich ist eine Barriere in der Nähe eines Einlasses des Drosseldurchlasses über die untere Verbrennungskammer angeordnet, um die Strömung von Verbrennungsgas, und zwar im wesentlichen äquivalente Ströme zu verzweigen, und eine zweite Barriere ist in der Nähe eines Auslasses des Drosseldurchlasses über die obere Verbrennungskammer angeordnet, um die Strömung von Verbrennungsgas in im wesentlichen zwei äquivalente Strömung zu verzweigen. Demzufolge wird Verbrennungsgas, das in der unteren Verbrennungskammer erzeugt wird, durch die erste Barriere in im wesentlichen zwei Gasströme verzweigt. Nachdem sie beschleunigt wurden, kollidieren diese Gasströme und verbinden sich miteinander an dem Einlaß des Drosseldurchlasses. Ferner kollidiert bzw. stößt das Verbrennungsgas, das durch den Drosseldurchlaß läuft, gegen die zweite Barriere, die in der Nähe des Auslasses des Drosseldurchlasses vorgesehen ist. In anderen Worten kann eine starke Verrührungskraft erhalten werden durch die beste Ausnutzung der kinetischen Energie, die das Verbrennungsgas besitzt, und zwar durch die Kombination der zwei Barrieren, die jeweils in der Nähe des Einlasses und Auslasses des Verbrennungsdurchlasses angeordnet sind, um die Strömung des Verbrennungsgases zu retardieren bzw. zu verlangsamen. Es gibt deshalb keine Möglichkeit, daß das unverbrannte Gas abgelassen bzw. entladen wird, ohne mit Sauerstoff zu reagieren. Somit scheidet die Reaktion des unverbrannten Gases mit Sauerstoff zuverlässig und schnell voran, so daß es möglich ist, den Betrag von unverbranntem Gas, das von der Verbrennungsvorrichtung entladen bzw. abgelassen wurde, zu minimieren.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht, die die Struktur einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung zeigt;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1;
Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht, die die Struktur einer weiteren erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung zeigt;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht, die die Struktur einer zweiten Barriere zeigt;
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Fig. 4;
Fig. 6 eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung zeigt;
Fig. 7 eine Draufsicht, die eine zweite Barriere, die bei der in der Fig. 6 gezeigten Verbrennungsvorrichtung verwendet wird, zeigt; und
Fig. 8 eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung zeigt.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Begleit zeichnung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei bemerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Fig. 1 und 2 zeigen die Struktur einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung. Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht der Verbrennungsvorrichtung und Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1. Wie dargestellt besitzt eine Verbrennungsvorrichtung 10, ein fluidisiertes Sandbett 12, eine untere Verbrennungskammer 13, einen Drosseldurchlaß 14 und eine obere Verbrennungskammer 15, die in der erwähnten Reihenfolge von unten nach oben angeordnet sind, und die mit einer Ofenwand 11 umgeben sind.
Genauer ist der Drosseldurchlaß 14 ein Durchlaß mit einer vorbestimmten Länge, der gebildet ist durch Kontrahieren bzw. Verjüngen eines Zwischenteils der Verbrennungskammer in der Querschnittsrichtung bezüglich der Richtung der Gasströmung, um die Strömungsgeschwindigkeit, mit der Gas dahindurch läuft, zu erhöhen. Ein Teil der Verbrennungskammer, der sich unterhalb des Drosseldurchlasses 14 befindet, ist als die untere Verbrennungskammer 13 definiert, während ein Teil der Verbrennungskammer, der sich oberhalb des Durchlasses 14 befindet, als die obere Verbrennungskammer 15 definiert ist. Eine erste Barriere 16 ist in der Nähe des Einlasses des Drosseldurchlasses 14 über die untere Verbrennungskammer 13 angeordnet, um die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme zu verzweigen, und eine zweite Barriere 17 ist in der Nähe des Auslasses des Drosseldurchlasses 14 über die obere Verbrennungskammer 15 angeordnet, um die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentliche äquivalente Ströme zu verzweigen.
Die erste Barriere 16, die in der Nähe des Einlasses des Drosseldurchlasses 14 angeordnet ist, besitzt eine hohle Struktur, die mit einem feuerfesten Material beschichtet bzw. überzogen ist, und zwar an dem Außenumfang davon. Der Boden und die Seitenteile der ersten Barriere 16 sind mit einer Vielzahl von Sekundärlufteinführanschlüssen 16a zum Herausstrahlen von Sekundärluft in den jeweiligen Richtungen entgegengesetzt zu und quer bzw. kreuzend zu der Strömung von Verbrennungsgas gebildet. Die erste Barriere 16 kann gebildet sein unter Verwendung eines an der Außenumfangsoberfläche davon mit einem feuerfesten Material beschichteten Wasserrohrs. Die zweite Bariere 17, die in der Nähe des Auslasses des Drosseldurchlasses 14 angeordnet ist, ist mit einem feuerfesten Material an der Außenumfangsoberfläche davon beschichtet. Es ist bevorzugt, daß die obere Endstirnseite der zweiten Barriere 16 konvex ist, und zwar mit einer Aussicht, um eine Anhäufung von Staub zu verhindern. Die zweite Barriere 17 kann gebildet sein unter Verwendung eines an der Außenumfangsoberfläche davon mit einem feuerfesten Material beschichteten Wasserrohrs.
Zusätzlich kann die zweite Barriere 17 eine hohle Struktur besitzen, deren Seitenwände mit einer Vielzahl von Sekundärlufteinführanschlüssen bzw. -einspritzanschlüssen versehen sind, und zwar zum Herausstrahlen von Sekundärluft in eine Richtung entgegengesetzt zu oder quer bzw. kreuzend zu der Richtung der Strömung von unverbranntem Gas, und zwar auf dieselbe Art und Weise wie im Fall der ersten Barriere 16.
Ein Windkasten 18 ist unter dem fluidisierten Sandbett 12 vorgesehen. Eine Seite des Windkastens 18 ist mit einem primären Lufteinlaßanschluß 20 versehen. Zusätzlich ist die Ofenwand 11, die die Seitenwand der unteren Verbrennungskammer 13 definiert, mit einem Mülleinlaßanschluß 19 versehen. Das fluidisierte Sandbett 12 wird fluidisiert, und zwar durch Primärluft, die in den Ofen von dem Primärlufteinlaßanschluß 20 geblasen wird. Wenn zu verbrennender Müll auf das fluidisierte Sandbett 12 von dem Mülleinlaßanschluß 19 geworfen wird, wird der Müll gasifiziert, und zwar durch die Wärme des fluidisierten Sandbetts 12 bei hoher Temperatur (wobei das Gas einen großen Betrag von unverbranntem Gas aufweist).
Die Strömung des Gases wird retardiert bzw. verlangsamt durch die Ofenwand 11, die die obere Wand der unteren Verbrennungskammer 13 und die erste Barriere 16 definiert, so daß das Gas in der unteren Verbrennungskammer 13 so lang wie möglich verbleibt. In diesem Zustand wird Sekundärluft in das Gas von den Sekundärlufteinführanschlüssen 16a geblasen, so daß sich die Sekundärluft und das unverbrannte Gas miteinander mischen. Ferner wird die Strömung des gemischten Gases durch die erste Barriere 16 in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme verzweigt, die durch jeweilige Durchlässe, die zwischen der Ofenwand 11 und der ersten Barriere 16 definiert werden und dann sich kollidieren bzw. zusammenstoßen und miteinander in dem Drosseldurchlaß 14 verbinden, lauten. Da das Querschnittsgebiet bzw. die Querschnittsfläche des Drosseldurchlasses 14 klein ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erhöht und zur selben Zeit werden Sekundärluft und unverbranntes Gas heftig verrührt und gemischt.
Das Gas, das in dem Drosseldurchlaß 14 beschleunigt wurde, strömt in die obere Verbrennungskammer 15 mit einem relativ breiten Qerschnittsgebiet bzw. -fläche. Da die zweite Barriere 17 in der Nähe des Auslasses des Drosseldurchlaß 14 angeordnet ist, wird die Strömung des Gases ebenfalls bei der zweiten Barriere 17 retardiert bzw. verlangsamt und in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme verzweigt, die durch jeweilige Durchlässe, die zwischen der Ofenwand 11 und der zweiten Barriere 17 definiert sind, passieren und sich miteinander in der oberen Verbrennungskammer erneut vereinigen.
Das Verbrennungsgas, das im wesentlichen vollständig in dem oben beschriebenen Prozeß zusammen vermischt wurde, bleibt für eine vorbestimmte Zeit in der oberen Verbrennungskammer 15, wobei es auf seiner hohen Temperatur gehalten wird. Danach wird das Gas von dem Gasauslaß abgelassen bzw. entladen. Die Vorrichtung ist derart angeordnet, daß die mittlere Verweilzeit von Gas in dem Gebiet, das sich von der ersten Barriere 16 zu dem Verbrennungsgasauslaß der oberen Verbrennungskammer 15 erstreckt, kleiner als 1 Sekunde ist.
Der Winkel Θ der Richtung des Hauptstroms von Gas, das in den Drosseldurchlaß 14 von dem Gebiet zwischen der ersten Barriere 16 und der oberen Wand der unteren Verbrennungskammer 13 strömt, und zwar bezüglich der Achse Y des Drosseldurchlasses 14, ist in dem Bereich von 90º ≥ Θ ≥ 30º eingestellt.
Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit V1 des Gases, das in den Drosseldurchlaß 14 von dem Gebiet zwischen der ersten Barriere 16 und der oberen Wand der unteren Verbrennungskammer 13 strömt, wird in dem Bereich von 8 m/s bis 10 m/s eingestellt, wenn die mittlere Strömungsgeschwindigkeit V2 des Gases, das durch den Drosseldurchlaß 14 läuft, in dem Bereich von 6 m/s bis 10 m/s eingestellt wird und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit V3 von Gas, das durch das Gebiet zwischen der zweiten Barriere 17 und der Bodenwand der oberen Verbrennungskammer 15 strömt, nachdem es aus dem Drosseldurchlaß 14 herausgeströmt ist, wird in dem Bereich von 4 m/s bis 6 m/s eingestellt.
Zusätzlich ist die Breite l2 der zweiten Barriere 17 nicht kleiner als die Breite l1 des Drosseldurchlasses 14.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen die Struktur einer weiteren erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung. Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht der Verbrennungsvorrichtung, während Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht ist, die die Struktur einer zweiten Barriere der Verbrennungsvorrichtung zeigt und Fig. 5 ist eine Schnittansicht, und zwar entlang der Linie B-B der Fig. 3. Diese Verbrennungsvorrichtung ist ein Ofen mit einer selbsttätigen Rostfeuerung bzw. einem gefeuerten Stoker (Stoker fired furnace), in dem eine untere Verbrennungskammer 31, die direkt oberhalb eines Feuergitters 34 definiert ist, ein Drosseldurchlaß 32 und eine obere Verbrennungskammer 33 in der erwähnten Reihenfolge von unten nach oben angeordnet sind. Der Ofen besitzt eine Wand 37, dessen Außenseite eine Wasserrohrwand 37a und dessen Innenseite ein feuerfestes Material 37b aufweist.
Eine erste Barriere 35 ist in der Nähe des Einlasses des Drosseldurchlasses 32 über die untere Verbrennungskammer 31 angeordnet, so daß die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme verzweigt werden kann, und eine zweite Barriere 26 ist in der Nähe des Auslasses des Drosseldurchlasses 32 über die obere Verbrennungskammer 33 angeordnet, so daß die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme verzweigt werden kann. Ein Mülleinlaßanschluß 38 ist auf einer Seite der unteren Verbrennungskammer 41 angeordnet und Wärmewiedergewinnungsausrüstung 39, zum Beispiel ein Boiler, ist an der Oberseite der oberen Verbrennungskammer 33 angeordnet.
Die erste Barriere 35 besitzt im wesentlichen dieselbe Struktur wie diejenigen der ersten Barriere 36 der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verbrennungsvorrichtung. Die erste Barriere 35 kann gebildet sein unter Verwendung eines mit einem feuerfesten Material an der Außenumfangsoberfläche davon beschichteten Wasserrohrs.
Die zweite Barriere 36 weist drei Kopfteile bzw. Köpfe 40 auf, die durch Wasserrohre 41 und 42 verbunden sind und die Außenoberfläche der zweiten Barriere 36 ist mit einem feuerfesten Material 43, wie beispielhaft in Fig. 4 gezeigt, beschichtet.
Es sei bemerkt, daß der Winkel Θ der Richtung des Hauptstroms von Gas, das in den Drosseldurchlaß 32 von dem Gebiet zwischen der ersten Barriere 35 und der oberen Wand der unteren Verbrennungskammer 31 bezüglich der Achse Y des Drosseldurchlasses 32 strömt, auf dieselbe Art und Weise eingestellt ist, wie in dem Fall der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verbrennungsvorrichtung. Ebenfalls sind die mittlere Strömungsgeschwindigkeit V1 des Gases, das in den Drosseldurchlaß 32 von dem Gebiet zwischen der ersten Barriere 35 und der oberen Wand der unteren Verbrennungskammer 31 strömt, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit V2 des unverbrannten Gases, das durch den Drosseldurchlaß 32 strömt, -und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit V3 des unverbrannten Gases, das durch das Gebiet zwischen der zweiten Barriere 36 und der Bodenwand bzw. unteren Wand der oberen Verbrennungskammer 33 strömt, nachdem es aus dem Drosseldurchlaß 32 geströmt ist, auf dieselbe Art und Weise eingestellt, wie in dem Fall der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verbrennungsvorrichtung.
Bei der Verbrennungsvorrichtung mit der oben beschriebenen Struktur strömt das Gas (das einen großen Betrag von unverbranntem Gas enthält), das als eine Folge der Verbrennung bei dem fluidisierten Sandbett 12 (oder dem Feuergitter 34) erzeugt wird, in die untere Verbrennungskammer 13 (31), wo es sich mit der Sekundärluft vermischt, die dahin hinein von der ersten Barriere 16 (35) bei einer geeigneten Strömungsrate geblasen wird. Während dies durchgeführt wird, wird das Gas durch die ersten Barriere 16 (35) in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme verzweigt, die auf 8 m/s bis 10 m/s in dem Gebiet zwischen der ersten Barriere 16 (35) und der zweiten Wand der unteren Verbrennungskammer 13 (31) beschleunigt werden, um dann zusammenstoßen bzw. kollidieren und sich miteinander vereinigen, und zwar bei dem Einlaß des Drosseldurchlasses 14 (32), wodurch sie heftig miteinander gemischt werden. Somit schreitet die Reaktion des unverbrannten Gases mit Sauerstoff schnell voran.
Die Gasströme, die sich miteinander verbinden bzw. vereinigen, und zwar an dem Einlaß des Drosseldurchlasses 14 (32), strömen bzw. laufen durch den Durchlaß 14 (32), während sie sich miteinander vermischen und halten die Strömungsgeschwindigkeit von 6 m/s bis 10 m/s und stoßen dann gegen die zweite Barriere 17 (36), die an dem Auslaßabschnitt angeordnet ist, wodurch somit die Strömungsrichtung verändert wird. Als Folge wird das Gas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme verzweigt, die durch die jeweiligen Durchlässe strömen, die zwischen der zweiten Barriere 16 (36) und der unteren Wand der oberen Verbrennungskammer 15 (33) definiert werden und die in die obere Verbrennungskammer 15 (33) bei einer Strömungsrate von 4 m/s bis 6 m/s strömen.
Das Verbrennungsgas, das im wesentlichen vollständig in dem oben beschriebenen Prozeß bzw. Verfahren zusammengemischt wurde, verbleibt für eine vorbestimte Zeit in der oberen Verbrennungskammer 15 (33), wobei seine hohe Temperatur aufrechterhalten wird. Danach wird das Gas von dem Gasauslaß abgelassen bzw. entladen. Die Vorrichtung ist angeordnet, so daß die mittlere Verweilzeit von Gas in dem Gebiet, das sich von der ersten Barriere 16 (32) zu dem Verbrennungsgasauslaß der oberen Verbrennungskammer 15 (33) erstreckt, nicht kleiner als 1 Sekunde ist.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines vertikalen Schnitts einer weiteren erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung. In Fig. 6 weist die Verbrennungsvorrichtung eine untere Verbrennungskammer 13, einen Drosseldurchlaß 14, eine obere Verbrennungskammer 15 und Wärmewiedergewinnungsausrüstung 39, wie die Verbrennungsvorrichtung in Fig. 1, auf.
Die Verbrennungsvorrichtung in Fig. 6 weist ebenfalls ein fluidisiertes Sandbett 112, eine erste Barriere 116 mit einer Vielzahl von Sekundärlufteinführanschlüssen 16a und eine zweite Barriere 117 auf, wobei die Strukturen dieser Teile etwas unterschiedlich von den entsprechenden Teilen der in der Fig. 1 gezeigten Verbrennungsvorrichtung sind. Hilfslufteinführanschlüsse 52 sind an der Wand der unteren Verbrennungskammer 13 angeordnet.
In Fig. 6 weist das fluidisierte Sandbett 112 ein fluidisiertes Bett vom zirkulierenden Typ auf, bei dem es eine Zone bzw. einen Bereich gibt, wo die Fluidisierung relativ stark ist und ein fluidisiertes Medium dazu tendiert, sich nach oben zu bewegen, und bei dem es eine weitere Zone gibt, in der die Fluidisierung relativ schwach ist und das Medium dazu tendiert, abzusteigen, und wobei sich bei den oberen und unteren Teilen dieser Zonen das Medium in den jeweiligen Teilen dazu tendiert, sich lateral bzw. seitlich zu den anderen zwei Zonen zu bewegen, so daß eine vollständige Zirkulation des Betts bewegt wird. Die zwei unterschiedlichen Zonen sind gebildet durch Verändern von Luftströmungsraten von Windkästen 18 in jeder der zwei Zonen. Luft wird zu den Windkästen 18 durch eine Luftleitung 50 geliefert. Ein derartiges fluidisiertes Bett vom zirkulierenden Typ ist bekannt und in den früheren Veröffentlichungen, wie zum Beispiel US-Patent Nr. 4 452 155 und 4 823 740 offenbart.
Die erste Barriere 116 besitzt einen Querschnitt, der einen Ringteil und einen Winkelteil, und zwar angeordnet an der oberen Seite des Ringteils, aufweist. Die Winkel der auf dem Winkelteil gebildeten Oberflächen zu dem Horizont werden derart ausgewählt, daß Asche, die auf die Oberflächen fällt, weggleitet, wodurch irgendeine Anhäufung von Asche verhindert wird.
Die in Fig. 6 und 7 gezeigte zweite Barriere 117 weist drei Köpfe 40 auf, die durch Wasserrohre bzw. -leitungen 41 verbunden sind und mit feuerfestem Material 43 beschichtet sind. Die zweite Barriere 117 unterscheidet sich von der in der Fig. 4 gezeigten zweiten Barriere 36 dahingehend, daß sie eine Vielzahl von Öffnungsteilen 62 aufweist, die in einer Zick-Zack-Konfiguration in der Draufsicht, wie in Fig. 7 gezeigt, angeordnet sind, das heißt, die zweite Barriere weist zwei Plattenteile auf, von denen jeder eine Vielzahl von Öffnungsteilen 62 besitzt, die miteinander verbunden sind, und zwar entlang einer sich horizontal erstreckenden Rückenlinie 64. Die Öffnungsteile 62 sind zick-zack-förmig entlang der Stegbzw. Rückenlinie 64 angeordnet.
In Fig. 7 erzeugt das Verbrennungsgas, das durch die Öffnungsteile 62 der zweiten Barriere 117 ausströmt, eine Vielzahl von kleinen Turbulenzen und erfordert ein Mischen von Sauerstoff und unverbranntem Gas.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines vertikalen Schnitts einer weiteren erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung. In Fig. 8 weist die Verbrennungsvorrichtung folgendes auf: ein fluidisiertes Sandbett 112 mit einem fluidisierten Bett vom zirkulierenden Typ, eine untere Verbrennungskammer 13, einen Drosseldurchlaß 14, eine erste Barriere 116 mit einer Vielzahl von Sekundärluft einführanschlussen 16a und einer zweiten Barriere 217, wie die Verbrennungsvorrichtung der Fig. 6.
Die in Fig. 8 gezeigte Verbrennungsvorrichtung weist ebenfalls einen Gaskühlturm 60 auf, der mit einer Vielzahl von Wassersprühdüsen 66 anstelle der Wärmewiedergewinnungsausrüstung 39 in den Fig. 3 und 6 versehen ist. Der Gaskühlturm 60 wird betrieben, um Auspuff- bzw. Abgas zu kühlen, und zwar durch Sprühen von Wasser in das Gas, durch die Wassersprühdüsen 66, um thermischen Schaden zu verhindern, und zwar eines Zugventilators oder einer anderen Ausrüstung, die mit der Verbrennungsvorrichtung verbunden ist. Ein Zugventilator ist vorgesehen, um Verbrennungsgas von der Verbrennungsvorrichtung zu ziehen und um es in die Atmosphäre abzulassen.
In Fig. 8 ist die zweite Barriere 217 aus einem feuerfesten Material hergestellt und weist Kühldurchlässe 77 auf. Die obere Endoberfläche der zweiten Barriere 217 ist konvex, und zwar ähnlich derjenigen, die in Fig. 1 gezeigt ist, und zwar mit einer Aussicht, um eine Anhäufung von Staub oder Asche zu verhindern.
Die in Fig. 8 gezeigte Verbrennungsvorrichtung ist geeignet zum Verbrennen von Material, zum Beispiel städtischem Müll, der einen niedrigen Heizwert bzw. kalorischen Wert besitzt, und sie kann ebenfalls als eine Anlage von vergleichsweise kleinem Maßstab gebaut werden.
Somit gemäß den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Verbrennungsvorrichtung derart angeordnet, daß die Gasströme miteinander kollidieren bzw. aufeinander stoßen und ebenfalls gegen die ersten und zweiten Barrieren stoßen, so daß die Gasströme wirksam verrührt und miteinander gemischt werden. Demzufolge ist es möglich, im wesentlichen vollständig das unverbrannte Gas daran zu hindern, von dem Gasauslaß ohne zu verbrennen abzulassen bzw. zu entladen, wie es beim Stand der Technik der Fall ist.

Effekt bzw. Wirkung der Erfindung

Bei der vorliegenden Erfindung besitzt die erste Barriere, die in der Nähe des Einlasses des Drosseldurchlasses angeordnet ist, den funktionalen Effekt, daß Sekundärluft, die von der Innenseite der ersten Barriere in die untere Verbrennungskammer eingeführt bzw. eingelassen wird, gemischt wird, um mit dem unverbrannten Gas, das von dem fluidisierten Sandbett aufsteigt, zu reagieren. Die erste Barriere besitzt einen dämpfenden Effekt auf die Strömung des unverbrannten Gases und erhöht die Verweilzeit des Gases in der unteren Verbrennungskammer. Das Verbrennungsgas, in dem das meiste Gas mit Sauerstoff reagiert, und in der Verbrennung vervollständigt wird, und mit teilweise unverbranntem Gas in der unteren Verbrennungskammer gemischt wird, wird in zwei Gasströmungen durch die erste Barriere geteilt. Die erste Barriere arbeitet mit dem Einlaßteil des Drosseldurchlasses zusammen, um die Strömungsgeschwindigkeit der zwei Gasströmungen zu beschleunigen, und um diese zu veranlassen, miteinander in dem Drosseldurchlaß zu kollidieren bzw. zusammmenzustoßen.
Der Drosseldurchlaß in der vorliegenden Erfindung ist gebildet, um die Querschnittsfläche des Durchlasses, durch den das Verbrennungsgas aufsteigt, zu verringern, so daß die zwei durch die erste Barriere geteilten Gasströmungen beschleunigt werden, und zwar auf eine Strömungsgeschwindigkeit von 8 bis 10 m/s und miteinander kollidieren. Der Drosseldurchlaß verstärkt in großem Maße das Mischen des Gases, und zwar durch Verursachen, daß die Gasströmungen selbst miteinander kollidieren bzw. zusammenstoßen, verglichen mit dem einfachen Diffusionsmischeffekt durch die Turbulenz um die Barriere. Der Drosseldurchlaß besitzt die Querschnittsfläche, bei der das Gas bei einer mittleren Geschwindigkeit von 6 bis 8 m/s nach der Kollision strömt und verringert den Betrag von unverbranntem Gas, das in die Nähe der Ofenwand strömt, und zwar verglichen mit dem Fall, indem es keinen Drosseldurchlaß gibt.
Die zweite Barriere, die in der Nähe des Auslasses des Drosseldurchlasses über der oberen Verbrennungskammer angeordnet ist, ist vorzugsweise gebildet, so daß ihre Breite l2 länger als die Breite l1 des Drosseldurchlasses ist, um das unverbrannte Gas, das dazu tendiert, in die Nähe der Ofenwand in dem Drosseldurchlaß zu strömen, zurückzuhalten. Die meisten Teile des Gases, das durch den Drosseldurchlaß strömt, kollidieren mit der unteren Oberfläche der zweiten Barriere und dieses Mischen davon wird gefördert. Die zweite Barriere besitzt den Effekt, daß sie Wärmestrahlung von dem Drosseldurchlaß isoliert, und zwar zu der Wärmewiedergewinnungsausrüstung oder dem Gaskühlturm und hält das Gas bei dem Drosseldurchlaß bei einer hohen Temperatur, um nicht der Reaktion des Gases Energie zu entziehen. Die zweite Barriere besitzt eine Außenoberfläche, die aus feuerfestem Material hergestellt ist, und ist fähig, Wärmestrahlung von der Oberfläche des feuerfesten Materials zu dem Gas zu erzeugen, was weiter die Reaktion des Gases fördert.
Bei der vorliegenden Erfindung arbeiten die erste Barriere, der Drosseldurchlaß und die zweite Barriere in Verbindung miteinander, um das Mischen und die Reaktion von Sauerstoff und unverbranntem Gas zu fördern und deshalb sind diese Elemente unerläßlich für die vorliegende Erfindung.
Wie oben beschrieben wurde, sieht die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Effekte bzw. Wirkungen vor:
(1) Unverbranntes Gas und Sekundärluft können im wesentlichen vollständig miteinander gemischt werden, und zwar durch die starke Rührkraft bzw. Wirbelkraft, die erhalten wird durch die Kollision zwischen Verbrennungsgasströmen und durch die zwischen dem Verbrennungsgas und den Barrieren, und zwar unter Verwendung der kinetischen Energie, die das Gas besitzt, so daß es möglich ist, das unverbrannte Gas daran zu hindern, abgelassen bzw. entladen zu werden, ohne zu brennen.
(2) Da das unverbrannte Gas und die Sekundärluft wirksam miteinander vermischt werden, ist es möglich, den Betrag von Sekundärluft, der in den Ofen geblasen wird, zu verringern (das heißt, es ist möglich, das Überschußluftverhältnis abzusenken) und das Verbrennungsgas bei höherer Temperatur zu halten, und daher ist es möglich, die Zerlegung von schädlichen Substanzen zum Beispiel Dioxin, zu fördern.
(3) Mittels der oben beschriebenen vorteilhaften Effekte ist es erfindungsgemäß möglich, den Betrag von unverbranntem Gas, zum Beispiel CO-, das von einer Verbrennungsvorrichtung für städtischen Müll abgegeben wird, zu minimieren und ebenfalls den Ablaß bzw. den Auslaß von schädlichen Substanzen, wie zum Beispiel Dioxin, zu verringern.

Claims

1. Verbrennungsvorrichtung (10), wobei ein Objekt der Verbrennung in entweder einem Feuergitterteil (34) oder einem fluidisierten Sandbettteil (12, 112) verbrannt wird und erzeugtes Verbrennungsgas in eine Verbrennungskammer eingeführt wird, die direkt oberhalb des Feuergitterteils oder des fluidisierten Sandbettteils vorgesehen ist, und in Verbindung bzw. Kommunikation damit ist, und mit Sekundärluft in der Verbrennungskammer gemischt wird, wodurch die Verbrennung mit einer vorbestimmten Verweilzeit vervollständigt wird, die folgendes aufweist:

einen Drosseldurchlaß (14, 32), der sich über einen vorbestimmten Abstand erstreckt, der definiert wird durch ein Zwischenteil der Verbrennungskammer, der in der Querschnittsrichtung bezüglich der Richtung der Gasströmung kontrahiert ist, um die Strömungsgeschwindigkeit, bei der das Gas dahindurch läuft bzw. strömt, zu erhöhen;

eine untere Verbrennungskammer (13, 31), die durch einen Teil der Verbrennungskammer definiert wird, der unterhalb des Drosseldurchlasses (14, 32) ist, und der in der Querschnittsrichtung vergrößert ist;

eine obere Verbrennungskammer (15, 33), die durch einen Teil der Verbrennungskammer definiert wird, der oberhalb des Drosseldurchlasses ist und der in der Querschnittsrichtung vergrößert ist; und

eine erste Barriere bzw. Schranke (16, 35, 116), die in der Nähe eines Einlasses des Drosseldurchlasses (14, 32) angeordnet ist, und zwar über die untere Verbrennungskammer (13, 31), um die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme zu verzweigen, wobei die erste Barriere eine hohle Struktur besitzt, deren Seitenwände mit einer gebildet sind, zum Herausströmen bzw. -stoßen von Sekundärluft in einer Richtung entgegen zu oder kreuzend die Strömung von Verbrennungsgas,

gekennzeichnet durch:

eine zweite Barriere bzw. Schranke (17, 36, 117, 217), die in der Nähe eines Auslasses des Drosseldurchlasses (14, 32) über die obere Verbrennungskammer (15, 33) angeordnet ist, um die Strömung von Verbrennungsgas in zwei im wesentlichen äquivalente Ströme zu verzweigen und wobei die Breite (l1) der zweiten Barriere nicht kleiner als die Breite (l2) des Drosseldurchlasses ist.

2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Außenumfänge der ersten und zweiten Barrieren mit einem feuerfesten Material (43) überzogen bzw. beschichtet sind.

3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Barrieren jeweils gebildet sind durch Verwenden eines Wasserrohrs (41, 42, 77), dessen Außenumfang mit einem feuerfesten Material (43) überzogen ist.

4. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die oberen und unteren Verbrennungskammern und der Drosseldurchlaß gebildet sind durch Verwenden einer Wasserrohrwand, und wobei ein Hochgeschwindigkeitsgaskontaktteil der Wasserrohrwand mit einem feuerfesten Material überzogen ist.

5. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Richtung des Hauptstroms des Verbrennungsgases, das in den Drosseldurchlaß (14, 32) strömt, unter einem Winkel von nicht größer als 90º und nicht kleiner als 30º zu der Achse des Drosseldurchlasses ist.

6. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Barriere (117) zwei Plattenteile aufweist, von denen jeder eine Vielzahl von Öffnungsteilen (62) besitzt, und zwar verbunden miteinander entlang einer sich horizontal erstreckenden Rücken- bzw. Steglinie (64), wobei die Öffnungsteile (62) in einer Zick-Zack-Konfiguration entlang der Rückenlinie angeordnet sind.

7. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das fluidisierte Sandbett (112) ein fluidisiertes Bett vom zirkulierenden Typ ist.

8. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsgas von der Verbrennungskammer durch Wärmewiedergewinnungsausrüstung (39) in die Atmosphäre freigegeben wird.

9. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verbrennungsgas von der Verbrennungskammer durch einen Gaskühlturm (60) vom Wassereinspritztyp und einen Zugventilator in die Atmophäre freigegeben wird.

10. Verfahren zum Betrieb der Verbrennungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit (V1) von Verbrennungsgas, das in den Drosseldurchlaß (14, 32) durch das kleinste Querschnittsgebiet bzw. -fläche, die zwischen der ersten Barriere (16, 35, 116) und der unteren Verbrennungskammer (13, 31) definiert wird, strömt, in dem Bereich von 8 m/s bis 10 m/s ist, während die Strömungsgeschwindigkeit (V2) von Verbrennungsgas in dem Drosseldurchlaß in dem Bereich von 6 m/s bis 10 m/s ist, und wobei die Strömungsgeschwindigkeit (V3) von Verbrennungsgas, das heraus durch die kleinste Querschnittsfläche bzw. -gebiet, die zwischen der zweiten Barriere (17, 36, 117, 217) und der oberen Verbrennungskammer (15, 33) definiert wird, strömt, in dem Bereich von 4 m/s bis 6 m/s ist.

11. Verfahren zum Betrieb der Verbrennungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Verweilzeit von Gas in dem Gebiet, das sich von den Sekundärlufteinführanschlüssen (16) der er sten Barriere zu einem Verbrennungsgasauslaß der oberen Verbrennungskammer erstreckt, nicht kleiner als 1 Sekunde ist.