DE69301224T2

DE69301224T2 - Verbrennungsverfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE69301224T2
Application number: DE69301224T
Authority: DE
Inventors: Robert David Chapman; Paul Gredley
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: DE69301224D1; EP0598525A1; EP0598525B1; JPH06213425A; GB9224211D0; GB2272752A; CA2103104A1; US5495813A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Abfallmaterial. Sie beschäftigt sich insbesondere mit der Veraschung von Abfallmaterialchargen, deren Brennwert zufällig von Charge zu Charge variieren kann. Eine Notwendigkeit derartigen Abfall zu behandeln tritt zum Beispiel bei der Veraschung von Krankenhausabfällen auf. Diese Abfälle sind typischerweise in Kunststoffsäcken verpackt, die in regelmäßigen Intervallen in den Veraschungsofen eingeleitet werden.
Die US-Patentbeschreibung 4 976 207 offenbart eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verbrennungsvorgangs, die eine Verbrennungskammer und eine sekundäre oder Nachverbrennungskammer umfaßt. Luft wird in die Nachverbrennungskammer injiziert. Gegebenenfalls kann die Luft vorgewärmt werden. Sensoren sind in der Verbrennungskammer, der Nachverbrennungskammer und einer Luftzufuhrleitung vorgesehen, um den Betrieb einer Vorrichtung zum Vorwärmen der Luft in Abhängigkeit von detektierten, wahrgenommenen Signalen von den Sensoren zu steuern.
Die US-A-4 279 208 betrifft ein Verfahren ünd eine Vorrichtung zur Behandlung industrieller Abfälle. Wenigstens manche Bestandteilmaterialien des Abfalls werden einer Verbrennung oder Pyrolyse ausgesetzt, um Rauchgase zu erzeugen. Die Zufuhr eines an Sauerstoff angereicherten, verbrennungsunterstützenden Gases zu den Abfällen wird als eine Funktion von wenigstens einer vorbestimmten Charakteristik des Rauchgases reguliert. Beispielsweise kann das an Sauerstoff angereicherte Gas eine Mischung aus Luft und im wesentlichen reinem Sauerstoff sein, und die Einleitungsrate von einem oder beiden von diesen kann in Abhängigkeit von entweder der wahrgenommenen Temperatur oder dem Sauerstoffgehalt der Rauchgase reguliert werden.
Die US 4 870 910 offenbart alle vorkennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4, aber scheitert darin, ein Verfahren zur Steuerung des Sauerstoffstromes entsprechend einer Anforderung zu liefern, und ist daher ziemlich verschwenderisch.
Die Steuersysteme, die in der US-A-4 976 207 und der US-A-4 279 208 offenbart sind, sind in der Natur im wesentlichen reaktionsfähig. Sie leiden an dem Nachteil, daß wenn das Abfallmaterial einen zufällig variierenden Brennwert aufweist, Gelegenheiten auftreten können, wo es einen zeitweiligen Sauerstoffmangel in dem sekundären Verbrennungsbereich gibt, mit dem Ergebnis, daß für eine Zeitspanne die Rauchgase eine unannehmbar hohe Konzentration von Kohlenmonoxid oder Restpartikeln kohlenstoffhaltigen Materials enthalten können. Außerdem, durch die Zeit, wo das reaktionsfähige Steuersystem die Sauerstoffkonzentration (im Fall der Vorrichtung, die in der US-A-4 279 208 offenbart ist) oder die Temperatur der Luft (im Fall der Vorrichtung, die in der US-A-4 976 207 gezeigt ist) eingestellt hat, kann der Sauerstoffbedarf abgesunken sein. Infolgedessen können derartige Steuersysteme verschwenderisch sein und außerdem scheitern, eine angemessene Qualität des Rauchgases herbeizuführen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die oben erwähnten Probleme überwindet oder bessert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Veraschung von Abfallmaterial vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Hauptverbrennungsbereich Chargen brennbaren Abfallmaterials, dessen Brennfähigkeit zufällig von Charge zu Charge variieren kann, eingeleitet werden, wobei die Abfallmaterialchargen in dem Hauptverbrennungsbereich verbrennen und dadurch gasförmige Verbrennungsprodukte bilden, in einem sekundären Verbrennungsbereich Brennstoffe in den Verbrennungsprodukten verbrennen und Sauerstoff zur Unterstützung der Verbrennung der Brennstoffe zugeführt wird und Rauchgas von dem sekundären Verbrennungsbereich ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Satz von Zeitspannen die Sauerstoffzufuhrrate unabhängig von der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird und in einem zweiten Satz von Zeitspannen, welche sich jeweils mit den Zeitspannen in dem ersten Satz abwechseln, die Sauerstoffzufuhrrate als Funktion der überwachten Konzentration von wenigstens einer Komponente der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird und daß jede erste Zeitspanne so eingestellt wird, daß sie eine Zeitspanne unmittelbar bevor eine Abfallcharge in den Hauptverbrennungsbereich eingeleitet wird, umfaßt.
Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zur Veraschung von Abfallmaterial mit Mitteln zur Einleitung in Chargen in eine Vorrichtung zur Veraschung von Abfall mit Mitteln zur Einleitung in einen Hauptverbrennungsbereich Chargen brennbaren Abfallmaterials, dessen Brennwert zufällig von Charge zu Charge variieren kann, wenigstens einem Brenner zur Verbrennung der Abfallmaterialchargen in einem Hauptverbrennungsbereich, wodurch gasförmige Verbrennungsprodukte gebildet werden, einem sekundären Verbrennungsbereich, welcher durch einen Brenner zur Verbrennung von Brennmaterialien in den Verbrennungsprodukten erhitzt wird, Mitteln zur Zufuhr von Sauerstoff in den sekundären Verbrennungsbereich, um die Verbrennung darin zu unterstützen, einem Auslaß von dem sekundären Verbrennungsbereich zum Austrag von Rauchgas von der Vorrichtung, gekennzeichnet durch ein Steuersystem zur Steuerung der Zufuhr von Sauerstoff zu dem sekundären Ver brennungsbereich, Mittel zur Feststellung einer Abfallmaterialcharge an dem Eingang und Mittel zur Echtzeitüberwachung der Konzentration einer gewählten gasförmigen Komponente des Verbrennungsproduktes oder Rauchgases, so daß in einem ersten Satz von Zeitspannen die Sauerstoffzufuhrrate unabhängig von der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird und in einem zweiten Satz von Zeitspannen, welche sich jeweils mit Zeitspannen in dem ersten Satz abwechseln, die Sauerstoffzufuhrrate als eine Funktion der überwachten Konzentration von wenigstens einer Komponente der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird.
Die Abfallmaterialchargen werden typischerweise in die Veraschungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in regelmäßigen Intervallen eingeleitet. Für das meiste der Dauer jeder Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden in den Ofen eingeleiteten Chargen, wird die Sauerstoffzufuhr zum sekundären Verbrennungsbereich vorzugsweise durch Überwachen der Konzentration von wenigstens einer Komponente der Rauchgase oder Verbrennungsprodukte, aber am Ende jeder Spanne bestimmt, und gegebenenfalls wird beim Start der nächsten Spanne die Sauerstoffzufuhrrate vorzugsweise unabhängig von der Zusammensetzung der Rauchgase oder Verbrennungsprodukte bestimmt. Eine derartige unabhängige Sauerstoffzufuhr erlaubt, daß die Sauerstoffkonzentration im sekundären Verbrennungsbereich so eingestellt wird, daß die Verbrennungsprodukte angemessen bewältigt werden, die wahrscheinlich in den selbst am schwierigsten zu verbrennenden Abfallchargen angetroffen werden. Wenn die Konzentration der Brennstoffe tatsächlich geringer ist, kann dann die Sauerstoffzufuhrrate gemäß der überwachten Konzentration von wenigstens einer Komponente in den Rauchgasen oder Verbrennungsprodukten verringert werden.
Die Sauerstoff zufuhrrate wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Kohlenmonoxidkonzentration oder in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Kohlenmonoxidkonzentration zur Sauerstoffkonzentration bestimmt.
Vorzugsweise wird die Sauerstoffzufuhrrate automatisch gesteuert. Vorzugsweise umfaßt das automatische Steuersystem Mittel zum Detektieren einer Abfallmaterialcharge an einem Eingang zum Hauptverbrennungsbereich, ein Zeitglied zur Einstellung der Dauer der ersten Zeitspanne, Mittel zur automatischen Echtzeitüberwachung der Konzentration wenigstens einer gewählten gasförmigen Komponente der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases, und ein oder mehrere automatisch betreibbare Ventile in einer Leitung oder Leitungen zur Zufuhr von Sauerstoff zum sekundären Verbrennungsbereich, worin das Detektionsmittel in der Lage ist, ein Signal zu erzeugen, welches die erste Spanne startet und das Ventil oder die Ventile betätigt, um die Sauerstoffzufuhrrate für ein gewähltes Ventil wie nötig einzustellen, wobei das Zeitglied in der Lage ist, ein Signal zu erzeugen, das die erste Spanne beendet und eine zweite Spanne startet, und das Gasüberwachungsmittel in der Lage ist, ein Signal zu erzeugen, welches das Ventil oder die Ventile wie nötig betätigt, um die Sauerstoffzufuhrrate während der zweiten Spanne in Abhängigkeit von der Konzentration der gewählten Komponente oder einer Funktion einer derartigen Konzentration einzustellen.
Vorzugsweise ist der erste Verbrennungsbereich in einer Kammer mit einer äußeren Tür und einer inneren Tür zur Einleitung von Abfallmaterialposten in dem Hauptverbrennungsbereich festgelegt, wobei ein Öffnen der äußeren Tür das Detektionsmittel betätigt, um ein Signal zu erzeugen. Alternativ kann der Eintritt einer Materialcharge durch die äußere Tür ein Bündel elektromagnetischer Strahlung unterbrechen und dadurch die Erzeugung eines Signals ermöglichen, um eine erste Spanne zu starten.
Die Haupt- und sekundären Verbrennungsbereiche können in der gleichen oder in unterschiedlichen Kammern festgelegt sein. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind besonders für Veraschungsöfen einer Sorte geeignet, in welcher beide Bereiche in derselben Kammer festgelegt sind, wobei derartige Veraschungsöfen in der Vergangenheit besondere Verschmutzungsprobleme hervorriefen.
Das oder jedes Steuerventil ist vorzugsweise solenoidbetrieben.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Lage, die Sauerstoffzufuhrrate nur in Inkrementen zu ändern. Beispielsweise kann der Sauerstoff durch eine Vielzahl automatisch betreibbarer, zueinander paralleler Ein/Aus-Ventile zugeführt werden, wobei die Anordnung derart ist, daß die Sauerstoffstromrate proportional zur Anzahl der Ventile ist, die zu irgendeiner Zeit offen sind.
Der Sauerstoff wird vorzugsweise mit einer wirbelnden Bewegung um eine Achse herum eingeleitet, die sich in der allgemeinen Stromrichtung der Verbrennungsprodukte durch den sekundären Verbrennungsbereich erstreckt.
Der Sauerstoff kann als Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff zugeführt werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in welcher:
Figur 1 ein schematischer Seitenaufriß im Teilschnitt eines Veraschungsofens ist,
Figur 2 ein schematischer Schnitt nach Linie II-II in Figur 1 ist, und
Figur 3 ein schematisches Flußdiagramm ist, das die Sauerstoff zufuhrsteuervorrichtung zum Gebrauch in Zuordnung mit dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Veraschungsofen darstellt.
Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich.
Nach den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen ist ein Boiler-mit- Veraschungsofen gezeigt, der einen Ofen 2 mit einer feuerfesten Auskleidung 4 umfaßt. Die Oberseite des Ofens 2 weist einen Auslaß 6 für Rauchgase auf, welcher mit einem Dreiwege-Wärmeaustauscher 8 kommuniziert, der als Wasserboiler wirkt und einen Mantel für den Ofen 2 vorsieht. Wie in Figur 2 gezeigt umfaßt der Wärmeaustauscher 8 Abgänge 10 und 12 und einen Aufgang 14 für Rauchgase von dem Ofen 2. Wie in Figur 2 gezeigt, ist in jedem Gang eine Vielzahl Boilerrohre 16 angeordnet. Im Betrieb geben die Rauchgase Wärme an die Boilerrohre 16 ab und wirken somit, um Dampf aufzubauen.
In der Nähe der Unterseite des Ofens 2 sind wassergekühlte Stäbe 18 angeordnet, welche einen Rost zum Tragen von zu veraschenden Abfallkunststoffsäcken (nicht gezeigt) bilden. Die Säcke können zum Beispiel Krankenhausabfälle beinhalten. Die Stäbe 18 sind typischerweise so angeordnet, daß sie einen ansteigenden Rost bilden. Der Ofen 2 weist eine Plenumkammer 20 an seiner Unterseite unter einer Feuerung 22 für einen Luftstrom auf, um die Verbrennung der Säcke und ihrer Inhalte zu unterstützen. Die Kammer 22 weist einen Einlaß 24 auf, der mit einem Lüfter (nicht gezeigt) oder Gebläse (nicht gezeigt) zur Zuführung von Verbrennungsluft kommuniziert.
Der Ofen 2 weist zwei ihm zugeordnete Brenner 26 und 28 auf. Beide Brenner verbrennen vorzugsweise Erdgas und können beispielsweise von der Sorte sein, die unter dem Handelsnamen NUWAY verkauft wird. Der untere Brenner 26 (wie in Figur 1 gezeigt) feuert im Betrieb in einen Hauptverbrennungsbereich 29 etwas über dem durch die Stäbe 18 festgelegten Rost hinein. Der obere Brenner feuert in einen sekundären Verbrennungsbereich 30 hinein.
Der Ofen 2 weist eine Rutsche 32 zur Einleitung von Kunststoffsäcken, die zu veraschende Abfälle enthalten, in den Hauptverbrennungsbereich 29 auf. Die Rutsche 32 weist eine äußere Tür 34 und eine innere Tür 36 auf. Die Türen 34 und 36 können eine Guillotinensorte sein und ihr Öffnen und Schließen kann automatisch betätigt werden.
Im Betrieb können die Brenner 26 und 28 kontinuierlich gezündet und gefeuert werden. Gegebenenfalls kann der Brenner 28 alternative Feuerungsmodi mit hoher und niedriger Intensität aufweisen mit Mitteln (nicht gezeigt) zum Auswählen des Feuerungsmodus in Abhängigkeit von der Temperatur der Rauchgase. Somit kann beispielsweise der Brenner 28 in seinem hohen Intensitätsmodus arbeiten, außer und bis die wahrgenommene Temperatur der Rauchgase am Auslaß 6 etwa 1000ºC übersteigt. Es werden in Kunststoffsäcken enthaltene Krankenhausabfallchargen in regelmäßigen Intervallen, etwa alle 3 Minuten, über die Rutsche 32 in den Ofen eingeleitet. Luft wird über die Plenumkammer 20 dem Ofen zugeführt. Der Brenner 26 erhöht eine Temperatur im Hauptverbrennungsbereich 29, um jeden Sack, der von der Rutsche 32 auf den durch die Stangen 20 festgelegten Rost eingeleitet wird, und seinen brennbaren Inhalt zu verbrennen und daher gasförmige Verbrennungsprodukte zu bilden. Wie es in der Natur des Sackes und typischer Krankenhausabfälle liegt, enthalten die Verbrennungsprodukte typischerweise einen meßbaren Anteil brennbarer Gase, beispielsweise Kohlenmonoxid und flüchtige organische Bestandteile und irgendwelche Kohlenstoffpartikel. Derartige Brennstoffe verbrennen im sekundären Verbrennungsbereich 30, welcher durch den Brenner 28 erwärmt wird. Das resultierende Rauchgas strömt aus dem Ofen 2 durch den Auslaß 6 typischerweise bei einer Temperatur in der Größenordnung von 850ºC. Das Rauchgas strömt dann durch die Gänge 10, 14 und 12 in dieser Reihenfolge und wird zu einem Schacht (nicht gezeigt) bei einer Temperatur nahe der vorherrschenden Umgebungstemperatur geleitet. Falls nötig kann ein Gebläse (nicht gezeigt) betrieben werden, um den Rauchgasstrom durch die Gänge 10, 14 und 12 und in den Schacht (nicht gezeigt) zu erleichtern. Beim Strömen durch die Gänge 10, 14 und 12 gibt das Rauchgas Wärme an die Boilerrohre 16 ab, und ist dadurch in der Lage, Dampf aufzubauen. In einem typischen kommerziellen Aufbau ist ein derartiger Dampfaufbau in der Lage, einen meßbaren Teil des Bedarfs für die Raumheizung in dem Krankenhaus beizutragen, in welchem sich der dargestellte Veraschungsofen befindet.
Oft wird herausgefunden, daß die Zusammensetzung des Rauchgases darin unerwünscht ist, daß es ungeachtet der Einrichtung des sekundären Verbrennungsbereich 30 noch beträchtliche Mengen Kohlenmonoxid oder anderes giftiges Gas oder beträchtliche Mengen Kohlenstoffpartikel enthalten kann. Gemäß der Erfindung wird dieses Problem durch Einleiten handelsreinen Sauerstoffes oder sauerstoffangereicherter Luft in den sekundären Verbrennungsbereich 30 durch eine oder mehrere Lanzen 40 gelöst. Die oder jede Lanze 40 ist über dem Brenner 26 aber unter dem Brenner 28 positioniert und erstreckt sich in den zweiten Verbrennungsbereich 30. Typischerweise wird nur eine Lanze 40 verwendet. Die Lanze 40 endet vorzugsweise in einem 450 Ellbogen (nicht gezeigt), der auf die Ofenwand zu gerichtet ist, um einen wirbelnden Strom um eine vertikale Achse zu schaffen. Das Ende der Lanze 40 weist vorzugsweise horizontal oder unter einem kleinen (z.B. 20º) Winkel nach oben. Der wirbelnde Strom hilft die Verweilzeit der Gase im sekundären Verbrennungsbereich zu verlängern und macht somit mehr Zeit für die Oxidation von Kohlenmonoxid, von anderen brennbaren Gasen in den gasförmigen Verbrennungsprodukten, die vom Verbrennungsbereich 29 aufsteigen, und von Kohlenstoffpartikeln verfügbar. Jedoch kann in der Praxis die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte weit variieren. Eine typische Krankenhauspraxis ist die Verwendung schwarzer Kunststoffsäcken für normalen Büroabfall, der hauptsächlich aus Papier besteht, gelber Kunststoffsäcke, die Abfall von Stationen enthalten, welcher typischerweise in der Zusammensetzung von Sack zu Sack variiert, aber typischerweise einen hohen Anteil von Kunststoffen enthält, und roter Säcke, welche Abfall von Operationssälen enthalten, einschließlich Bekleidungen und organische und infektiöse Gewebe. Die Verbrennungseigenschaften jeder Abfallsorte unterscheiden sich. Wenn handelsreiner Sauerstoff in den sekundären Verbrennungsbereich 30 mit einer Rate zugeführt wird, um eine vollständige Verbrennung aller Brennstoffe in den gasförmigen, vom Hauptverbrennungsbereich 29 aufsteigen- den Verbrennungsprodukten sicherzustellen, selbst wenn der am schwierigsten zu verbrennende Abfall aufgenommen wird (typischerweise einer, der einen hohen Gehalt sowohl an Wasser als auch an Kunststoff aufweist), wird es dann dort eine merkliche Überversorgung mit Sauerstoff während der Spannen geben, in welchen leicht brennbares Material verbrannt wird (typischerweise eines mit einem hohen Gehalt an Papier und einem niedrigen Gehalt an Wasser)
Um dieses Problem zu überwinden, wird die in Figur 3 gezeigte Sauerstoffzufuhrvorrichtung verwendet. Diese Vorrichtung umfaßt eine stromaufwärtige Sauerstoffzufuhrsammelleitung 50, die mit einer Quelle (nicht gezeigt) handelsreinen Sauerstoffes kommuniziert, und eine stromabwärtige Sauerstoffzufuhrsammelleitung, die mit der Lanze 40 kommuniziert, die sich in das Innere des Ofens 2 (nicht in Figur 3 gezeigt) erstreckt. Die Sammelleitungen 50 und 52 sind miteinander verbunden und in der Lage, in Kommunikation miteinander über vier, im wesentlichen identische Leitungen 54 angeordnet zu werden, die jeweils ein Einlaßende, das in der Sammelleitung 50 endet und einen Auslaß aufweisen, der in der Sammelleitung 52 endet. In jeder Leitung 54 ist ein eigenes solenoidbetätigtes Absperrventil 56 angeordnet. Jedes Absperrventil weist zwei Positionen auf, vollständig offen, wenn es einen im wesentlichen unbegrenzten Strom von Sauerstoff hindurch gibt, und vollständig geschlossen, wenn der Sauerstoff- Strom von der stromaufwärtigen Sammelleitung 50 zu der stromabwärtigen Sammelleitung 52 hindurch verhindert ist. Jedes Ventil 56 ist vorzugsweise derart, daß sein Ventilglied (nicht gezeigt) sich von seiner vollständig offenen Position zu seiner vollständig geschlossenen Position im wesentlichen sofort, und zurück, wiederum im wesentlichen sofort, bewegen kann.
Unter der Annahme einer Sauerstoffzufuhr mit konstantem Druck, ist die Sauerstoffstromrate zur Lanze 40 (siehe Figur 1) somit proportional zur Anzahl der Ventile 56, die jeweils zu einer Zeit geöffnet sind, und kann inkremental durch Ändern der Anzahl der offenen Ventile 56 geändert werden,
Die Ventile 56 weisen jeweils einen Solenoidbetätigungsmechanismus 58 auf, welcher einer programmierbaren Ventilsteuerung 60 wirksam zugeordnet ist. Die Steuerung 60 ist auch einem Positionssensor 62 (siehe auch Figur 1), welcher betätigt wird, sobald die äußere Tür 34 des Veraschungsofens um etwa wenige Zentimeter angehoben ist, und einem Echtzeit-Kohlenmonoxid-Analysator 64 wirksam zugeordnet, welcher einen Detektor oder ein Feststellungsmittel 66 aufweist, der dicht, aber stromaufwärts von dem Auslaß 6 (siehe Figur 1) angeordnet ist. Der Detektor 66 ist in der Lage, ein Signal zu erzeugen, das proportional entweder zur Kohlenmonoxidkonzentration oder zum Verhältnis der Kohlenmonoxidkonzentration zur Sauerstoffkonzentration im Rauchgas an dem Bereich ist, wo er positioniert ist. Man glaubt, daß die optimale Position für den Detektor 66 die dichteste am Hauptverbrennungsbereich 29 ist, an welcher die Reaktionsrate in den Rauchgasen auf ein Niveau abgesenkt ist, bei welchem sinnvolle Gaskonzentrationsmessungen vorgenommen werden können. Mit einer sinnvollen Gaskonzentrationsmessung ist eine Messung der Gaskonzentrations gemeint, aus welcher die abschließende Konzentration, mit der das Gas in den Rauchgasen endlich von dem Veraschungsofen emittiert, mit einer vernünftigen Genauigkeit abgeschätzt werden. Allgemein, je dichter der Detektor 66 am Hauptverbrennungsbereich 29 liegt, desto schneller ist die Ansprechzeit der Sauerstoffzufuhrvorrichtung für den Empfang einer abnormalen Abfallmaterialcharge im Hauptverbrennungsbereich 29.
Die Ventilsteuerung 60 ist in der Lage, so programmiert zu werden, daß sichergestellt ist, daß die Ventile 56 auf die folgende Weise betrieben werden. Zuerst wrrd, wenn die äußere Tür 34 anfängt sich zu öffnen, ein Signal durch den Sensor 62 erzeugt, und die Steuerung sendet ein Signal an die Ventile 56, das wirkt, um die Ventile hinreichend zu öffnen und somit drei oder vier zur offenen Position zu bringen. Das Öffnen der Türen 34 und 36 wird automatisch gesteuert, so daß die äußere Tür 34 in Intervallen von etwa 3 Minuten öffnet, wobei es etwa 10 Sekunden für die Tür dauert, sich von ihrer geschlossenen zu ihrer vollständig geöffneten Position und wieder zurück zu bewegen. Beim Öffnen der Tür 34 wird dann ein Kunststoffsack in die Rutsche 32 eingeleitet.
Die Tür 34 schließt dann. Sobald die Tür 34 ihre vollständig geschlossene Position erreicht hat, beginnt die innere Tür 36 sich zu öffnen. Die innere Tür erreicht ihre vollständig offene Position und der Sack fällt unter der Schwerkraft in den Hauptverbrennungsbereich 29 und beginnt zu verbrennen und/oder zu pyrolisieren. Die innere Tür 36 beginnt dann, sich wieder zu schließen. Die Ventilsteuerung weist eine Zeitgliedschaltung (nicht gezeigt) auf, welche durch das Signal von dem Positionssensor 62 betätigt wird. Sie erzeugt ein Signal beim Verstreichen von etwa fünfundzwanzig Sekunden von der Erzeugung des Signais durch den Positionssensor 62. Während diese Spanne von fünfundzwanzig Sekunden wird Sauerstoff dem sekundären Verbrennungsbereich 30 bei einer relativ hohen Stromrate zugeführt, weil drei der vier Ventile 56 geöffnet sind. Somit wird eine relativ hohe Sauerstoffkonzentration im sekundären Verbrennungsbereiches aufgebaut, bevor ein Sack, der brennbaren Abfall enthält, durch den Hauptverbrennungsbereich 29 aufgenommen wird. Die Abmessungen der Leitungen 54 und der Sammelleitungen 50 und 52 und der Sauerstoffzufuhrdruck sind so gewählt, daß dieses Sauerstoffniveau typischerweise angemessen sein wird, um die Verbrennungsprodukten, die aus der am schwierigsten zu verbrennenden Abfallsorte der unterschiedlichen in den Verbrennungsofen eingeleiteten Säcken austreten, zu bewältigen.
Wenn das Zeitglied oder der Zeitgeber sein 25-Sekunden-Signal erzeugt, schaltet die programmierbare Steuerung 60 in Steuerschaltkreise, die auf Signale von dem Kohlenmonoxid- Analysator 64 ansprechen. Die Sauerstoffzufuhrsteuerung wird somit zum Kohlenmonoxidniveau im Rauchgas reaktionsfähig.
Die Steuerung 60 kann derart programmiert sein, daß sie, wenn sie sich in einem auf den Analysator 64 ansprechenden Modus befindet, Ventile entsprechend dem wahrgenommenen Kohlenmonoxidniveau öffnen und schließen wird. Wenn beispielsweise das wahrgenommene Kohlenmonoxidniveau kleiner als etwa 100 Teile pro Million je Volumen ist, befinden sich alle Ventile 56 in ihren geschlossenen Positionen, wenn das Kohlenmonoxidniveau etwa 100 Teile pro Million je Volumen erreicht, wird eines der Ventile 56 geöffnet. Wenn das wahrgenommene Kohlenmonoxidniveau etwa 500 Teile pro Million je Volumen erreicht, wird dann ein zweites Ventil 56 geöffnet. Sollte das Kohlenmonoxidniveau etwa 1000 Teile pro Million pro Volumen erreichen, wird ein drittes Ventil 56 geöffnet, und sollte das wahrgenommene Kohlenmonoxidniveau etwa 1500 Teile pro Million je Volumen erreichen, wird das vierte Ventil 56 geöffnet.
Im normalen Betrieb sind viele der Kunststoffsäcke und ihre Inhalte relativ leicht zu verbrennen, so daß unmittelbar wenn die Steuerung 60 auf den Analysator 64 anspricht, die Kohlenmonoxidkonzentration kleiner als 2 % je Volumen ist, und eines oder mehrere der Ventile 56 entsprechend dem genauen Niveau des durch den Analysator wahrgenommenen Kohlenmonoxids geschlossen werden. Somit ist die Sauerstoffzufuhrrate zur Lanze 40 verringert. Andererseits, wenn irgendein besonderer Sack schwierig zu verbrennen ist, so daß die Verbrennungsprodukte vom Hauptverbrennungsbereich 29 relativ kohlenmonoxidreich sind, wird die Sauerstoffkonzentration im sekundären Verbrennungsbereich 30 normalerweise hinreichend sein, um zu verhindern, daß wesentliche Kohlenmonoxidmengen unreagiert verbleiben und in das Rauchgas eintreten. Entsprechend ist die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung in der Lage, den Sauerstoffverbrauch niedrig zu halten, während sie ermöglicht, die Veraschung auszuführen, ohne Rauchgas einer unannehmbaren Qualität für eine längere Zeitspanne hervorzurufen.
Jedesmal, wenn die äußere Tür geöffnet wird, empfängt die Ventilsteuerung 60 ein Signal von dem Positionssensor 62, und kehrt zu einem von dem Kohlenmonoxidanalysator unabhängigen Betriebsmodus mit drei oder vier offenen Ventilen 56 zurück.
Gegebenenfalls kann die der Plenumkammer 20 zugeführte Luft an Sauerstoff angereichert sein.
Es wurden Experimente auf einem CORSAIR-Verbrennungsofen, der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Sorte ausgeführt, welcher eine einzige Kammer aufwies, deren Innendurchmesser ungefähr 1 Meter betrug, und deren Höhe etwa 2,5 Meter betrug. Die Brenner 26 und 28 waren NUWAY-Erdgasbrenner. Die Gesamtrate des Erdgasverbrauchs betrug 1563 Standardkubikfuß pro Stunde. Der Plenumkammer 20 wurde Luft bei einer Rate von 770 Standardkubikfuß pro Stunde zugeführt. Handelsreiner Sauerstoff wurde bei einer Rate von 100 Standardkubikfuß pro Stunde mit der der Plenumkammer 20 zugeführten Luft gemischt. Kunststoffsäcke, die Krankenhausabfälle einer variierenden Zusammensetzung enthielten, wurden alle drei Minuten in den Veraschungsofen eingeleitet. Durch Zuführen handelsreinen Sauerstoffes bei einer Basisrate von 3400 Standardkubikfuß pro Stunde zur Lanze 40 (die nach oben weisend unter einem Winkel von 450 zur Horizontalen angeordnet war) während eines ersten Satzes von Spannen, die sich jeweils von etwa 30 sec, bevor eine Tasche in den Verbrennungsbereich 29 eintritt, bis 30 sec nach dem Eintritt der Tasche in den Verbrennungsbereich 29 erstreckt, und danach Steuern der Sauerstoff zufuhrrate mittels durch den Detektor 66 erzeugter, für die Kohlenmonoxidkonzentration repräsentativer, Signale, ist es möglich, die Anzahl der Zeiten zu eliminieren oder auf einem Minimum zu halten, wo die Kohlenmonoxidkonzentration in den den Veraschungsofen verlassenden Rauchgasen, 150 Teile pro Million je Volumen übersteigt. Bei der Abwesenheit jeglicher Zufuhr handeisreinen Sauerstoffes übersteigt die Kohlenmonoxidkonzentration regelmäßig 1000 Teile pro Million je Volumen.
Ein weiterer durch die Verwendung von Sauerstoff gemäß der Erfindung auftretender Vorteil ist, daß das Versagen, irgendwelche Teile der Kunststoffsäcke zu verbrennen, vermieden wird, und es daher keine Anreicherung unverbrannter Kunststoffmaterialien auf der Feuerung 22 gibt. Außerdem gibt es eine verringerte Ascheanreicherung, wenn die der Plenumkammer 20 zugeführte Luft an Sauerstoff angereichert ist.
Die Fähigkeit einer Sauerstoffzufuhr durch die Lanze 40, die Kohlenmonoxidkonzentration im Rauchgas zu verringern, ist in der folgenden Tabelle dargestellt: SAUERSTOFF RAUCHGASZUSAMMENSETZUNG TEST TYP DER VERBRANNTEN TASCHE* ANZAHL DER IN REIHE VERBRANNNTEN TASCHEN UNTERFEUERUNG ÜBERFEUERUNG DRUCH LANZE 40 SAUERSTOFFLANZE 40 WINKEL BASISLINIE MITTEL CO MITTEL 02 ZEIT CO DURCHSCHNITTLICHE CO SPITZENDAUER ÜBER 150 ppm ZEIT SEKUNDEN KONTINUIERLICH HORIZONTAL NACH OBEN *Y = GELB B = SCHWARZ M = GEMISCHT
Die Tests, deren Ergebnisse in der obigen Tabelle zusammengefaßt sind, wurden mit Taschen mit Krankenhausabfall durchgeführt. In Test A wurden gelbe Taschen, die Abfall aus den Krankenhausschränken enthielten, verascht. 26 derartige Taschen wurden über eine Spanne von 70 Minuten verascht, wobei die Taschen in einen Veraschungsofen der in den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen gezeigten Sorte jeweils einer zu einem Zeitpunkt eingeleitet wurden und es ein Intervall von ungefähr 3 Minuten zwischen der Aufnahme einer Tasche und dann der nächsten in der Reihe gab. Während des Tests A wurde kein Sauerstoff in den Veraschungsofen durch die Lanze 40 eingeleitet, und kein Sauerstoff wurde der Luft hinzugefügt, die in den Veraschungsofen von unter der Feuerung strömte.
In Test B wurden 22 schwarze Taschen, die normalen Büroabfall (hauptsächlich Papier) enthielten, jeweils einer zu einem Zeitpunkt, in den Veraschungsofen eingeleitet. Die gewählte experimentelle Verfahrensweise war die gleiche wie für Test A.
In Test C wurden 8 schwarze Taschen, die normalen Büromüll (hauptsächlich Papier) enthielten, verbrannt. Die Taschen wurden in den Veraschungsofen in Intervallen von drei Minuten eingeleitet. Der Luftstrom in die Feuerung des Veraschungsofens wurde mit Sauerstoff angereichert, um seine Sauerstoffkonzentration auf näherungsweise 30 Prozent je Volumen zu vergrößern. Eine derartige Sauerstoffanreicherung schien die Feuerungstemperatur zu erhöhen und die Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Material in dem Abfall zu verbessern, wobei somit das Aschevolumen verringert wurde. Sauerstoff wurde in den Veraschungsofen durch die Lanze 40 injiziert, welche so positioniert war, daß ihr Auslaß horizontal lag. Sauerstoff wurde nicht kontinuierlich durch die Lanze 40 eingeleitet. Vielmehr wurde er für näherungsweise die ersten 120 Sekunden jeder 180 Sekunden zwischen aufeinanderfolgenden Taschen zugeführt, die auf dem Veraschungsofenrost aufgenommen wurden. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Kohlenmonoxidkonzentration im Rauchgas im Vergleich zu Test B verringert war.
In Test D wurde eine zu derjenigen von Test C ähnliche experimentelle Verfahrensweise gewählt. Der Test wurde mit einer Mischung aus Taschen mit den unterschiedlichen Abfallgebinden, die in einem Krankenhaus auftreten können, ausgeführt. Weil manche dieser Taschen schwierig zu verbrennenden Müll enthielten, wurde eine höhere Sauerstoffeinleitungsrate in den Veraschungsofen durch die Lanze 40 gewählt. Zusätzlich wurde die Lanze 40 so angeordnet, daß ihr Auslaß unter einem Winkel von 45º nach oben zur Horizontalen wies. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß es eine verringerte Kohlenmonoxidkonzentration im Rauchgas im Vergleich zu den Ergebnissen des Tests A gab. Kohlenmonoxidspitzen über 150 ppm im Rauchgas wurden jedoch nicht vollständig eliminiert. Dieses Ergebnis wurde für die Tatsache beigefügt, daß der Start von jedem 120-Sekunden-Sauerstoffpuls von der Lanze 40 dazu neigte, die Aufnahme einer jeweiligen zu veraschenden Mülltasche auf dem Veraschungsofenrost zu verzögern. Weil die CO-Bildung extrem schnell verlief, sobald die Tasche auf dem Veraschungsofenrost aufgenommen war, gab es für manches Kohlenmonoxid eine Neigung, den durch die Lanze 40 injizierten Sauerstoff zu "verpassen". Es wird angenommen, daß dieses Problem entschärft werden kann, indem der Veraschungsofen gemäß der Erfindung mit verzögerter Aufnahme jeder Tasche auf dem Veraschungsofenrost nach dem Beginn eines jeweiligen Sauerstoffpulses durch die Lanze 40 betrieben wird.

Claims

1. Verfahren zur Veraschung von Abfallmaterial, in dem in einen Hauptverbrennungsbereich (29) Chargen brennbaren Abfallmaterials, dessen Brennfähigkeit zufällig von Charge zu Charge variieren kann, eingeleitet werden, wobei die Abfallmaterialchargen in dem Hauptverbrennungsbereich (29) verbrennen und dadurch gasförmige Verbrennungsprodukte bilden, in einem sekundären Verbrennungsbereich (30) Brennstoffe in den Verbrennungsprodukten verbrennen, Sauerstoff zur Unterstützung der Verbrennung der Brennstoffe zugeführt wird und Rauchgas von dem sekundären Verbrennungsbereich (30) ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Satz von Zeitspannen die Sauerstoffzufuhrrate unabhängig von der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird und in einem zweiten Satz von Zeitspannen, welche sich jeweils mit den Zeitspannen in dem ersten Satz abwechseln, die Sauerstoff zufuhrrate als Funktion der überwachten Konzentration von wenigstens einer Komponente der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird und daß jede erste Zeitspanne so eingestellt wird, daß sie eine Zeitspanne unmittelbar bevor eine Abfallcharge in den Hauptverbrennungsbereich (29) eingeleitet wird, umfaßt.

2. Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente Kohlenmonoxid ist.

3. Verfahren wie in einem der Ansprüche 1 bis 2 beansprucht, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in den sekundären Verbrennungsbereich (30) mit einer wirbelnden Bewegung um eine Achse, welche sich in der Hauptflußrichtung der Verbrennungsprodukte erstreckt, eingeleitet wird.

4. Vorrichtung zur Veraschung von Abfallmaterial mit Mitteln (32) zur Einleitung in einen Hauptverbrennungsbereich (29) Chargen brennbares Abfailmaterial, dessen Brennwert zufällig von Charge zu Charge variieren kann, wenigstens einem Brenner (26) zur Verbrennung der Abfallmaterialchargen in einem Hauptverbrennungsbereich (29), wodurch gasförmige Verbrennungsprodukte gebildet werden, einem sekundären Verbrennungsbereich (30) , welcher durch einen Brenner (28) zur Verbrennung von Brennmaterialien in den Verbrennungsprodukten erhitzt wird, Mitteln (40) zur Zufuhr von Sauerstoff in den sekundären Verbrennungsbereich (30) um die Verbrennung darin zu unterstützen, einem Auslaß (14) von dem sekundären Verbrennungsbereich zum Austrag von Rauchgas von der Vorrichtung, gekennzeichnet durch ein Steuersystem (56) zur Steuerung der Zufuhr von Sauerstoff zu dem sekundären Verbrennungsbereich, Mittel (62) zur Feststellung einer Abfallmaterialcharge an dem Eingang und Mittel (66) zur Echtzeitüberwachung der Konzentration einer gewählten gasförmigen Komponente des Verbrennungsproduktes oder Rauchgases, so daß in einem ersten Satz von Zeitspannen die Sauerstoffzufuhrrate unabhängig von der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird und in einem zweiten Satz von Zeitspannen, welche sich jeweils mit Zeitspannen in dem ersten Satz abwechseln, die Sauerstoffzufuhrrate als eine Funktion der überwachten Konzentration von wenigstens einer Komponente der Verbrennungsprodukte oder des Rauchgases bestimmt wird.

5. Vorrichtung wie in Anspruch 4 beansprucht, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem automatisch ist und weiter einen Zeitgeber zur Einstellung der Dauer der ersten Zeitspanne und ein oder mehrere automatisch betreibbare Ventile (56) in einer Leitung oder Leitungen zur Zufuhr von Sauerstoff zu dem sekundären Verbrennungsbereich umfaßt, worin das Feststellungsmittel (66) ein Signal erzeugen kann, welches eine erste Zeitspanne startet und das Ventil oder die Ventile (56) betätigt, um die Sauerstoffzufuhrrate zu einem gewählten Ventil wie notwendig einzustellen, der Zeitgeber ein Signal erzeugen kann, welches die erste Zeitspanne beendet und eine zweite Zeitspanne startet und das Gasüberwachungsmittel (66) ein Signal erzeugen kann, welches das Ventil oder die Ventile (56) während der zweiten Zeitspanne wenn nötig betätigt, um die Sauerstoffzufuhrrate in Abhängigkeit von der Konzentration der gewählten Komponente einzustellen.

6. Vorrichtung wie in Anspruch 5 beansprucht, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (56) zueinander parallele Ein-/Aus-Ventile sind, wobei die Anordnung derart ist, daß die Sauerstofflußrate durch die Anzahl der Ventile bestimmt wird, welche zu irgendeiner Zeit geöffnet sind.

7. Vorrichtung wie in Anspruch 5 oder 6 beansprucht, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verbrennungsbereich (29) in einer Kammer mit einer äußeren Tür (34) und einer inneren Tür (36) zur Einleitung von Abfallmaterialchargen in den Hauptverbrennungsbereich festgelegt ist, wobei die Anordnung derart ist, daß das Öffnen der äußeren Tür (34) das Feststellungsmittel (62) veranlaßt, ein Signal zu erzeugen.

8. Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 4 bis 7 beansprucht, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- und sekundären Verbrennungsbereiche (29, 30) in derselben Kammer festgelegt sind.

9. Vorrichtung wie in einem der Ansprüche 4 bis 8 beansprucht, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffzufuhrmittel zu der eingeleiteten Region angepaßt ist mit einer Wirbelbewegung um eine Achse, welche sich in der Hauptflußrichtung der Verbrennungsprodukte durch den sekundären Verbrennungsbereich erstreckt.