HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Abfallschmelzofen,
der vorgeschlagen wird, um den Brennstoffverbrauch zu
verringern und das Verstreuen von Staub zu verhindern,
der entsteht, wenn ein Abfall wie Schlamm in Pulverform
in eine Aufschüttlage eines carbonartigen Brennstoffes
wie Koks eingeblasen wird, um den Abfall zu verbrennen
und den Abfall in Schlacke zu schmelzen. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf einen Abfallschmelzofen,
der eine Aufschüttlage hat, die durch einen
carbonartigen Brennstoff gebildet wird, und einen ringförmigen
Verbrennungsraum, der um die Aufschüttlage herum unter
einer oberen Oberfläche davon gebildet ist und mit der
Aufschüttlage kommuniziert. Ein Abfall wird in
Pulverform in den Verbrennungsraum zugeführt, wodurch der
Abfall in dem Verbrennungsraum und der Aufschüttlage
verbrannt und verschlackt wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Wenn ein Abfall wie Schlamm in Pulverform direkt in die
Aufschüttlage in einer heißen Feuerstelle geblasen
wird, um den Abfall zu verbrennen und zu schmelzen,
neigt der Abfall (der Schlamm) dazu, an der Oberfläche
des Kokses zu haften und die Verbrennung zu behindern.
Die Temperatur der Aufschüttlage wird durch ein
endothermes Phänomen oder ähnliches abgesenkt aufgrund der
Zersetzung von organischen Substanzen. Im Ergebnis wird
der Ofen verstärkt durch den Staub verstopft, wodurch
die Effizienz des Betriebes sich verschlechtert.
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Um die obigen Nachteile zu eliminieren, ist ein
Verfahren zum Verbrennen und Schmelzen eines Abfalls
vorgeschlagen worden. Gemäß diesem Verfahren, wie es in
Figur 2 (b) gezeigt wird, wird ein Verbrennungsraum
ringförmig um eine Aufschüttlage gebildet und
Verbrennungsgas wird aus dem Verbrennungsraum seitlich in
Richtung auf die Aufschüttlage zugeführt.
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Bei dieser Konstruktion sollte der pulverförmige
Abfall, der in den Verbrennungsraum eingeblasen und
verbrannt wird, in der Kokslage geschmolzen, verschmort
und verschlackt werden, um durch einen Auslaß entsorgt
zu werden. In der Praxis wird der Abfall aber oft als
Staub in die Verbrennungsgase gestreut, anstatt durch
die Kokslage eingefangen zu werden. Außerdem treten bei
der obigen Verbrennungs- und Schmelzstruktur große
Mengen von peripheren Strömungen in der Aufschüttlage auf,
so daß nur Bereiche, die den umfänglichen Wänden
benachbart sind, heiß werden. Es wird angenommen, daß
dies zurückgeht auf ein "peripheres
Fluidisierungsphänomen", das bei einer normalen Aufschüttlagenstruktur
auftritt. Das heißt, daß in der Aufschüttlagenstruktur,
das Gas, das durch eine Düse eingeblasen, wird, dazu
neigt, benachbart zu den peripheren Wänden
gleichmäßiger zu strömen als in den zentralen Bereichen des
Ofens. In einem Hochofen zur Stahlproduktion sagt man
zum Beispiel, daß die Geschwindigkeiten in den
peripheren Bereichen wenigstens das zweifache der
Gasgeschwindigkeit in den mittleren Bereichen ist. Dieses Phänomen
sticht besonders hervor, wo, wie bei der vorliegenden
Erfindung, eine dünne Aufschüttlagenstruktur benutzt
wird.
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So nimmt man an, daß der pulverförmige Abfall, der
eingeblasen wird, nahe der peripheren Wände hindurchtritt,
um in den Verbrennungsabgasen zerstreut zu werden. Da
das Gas in verringerten Mengen zum Zentrum des Ofens
fließt, wird die Temperatur im Ofenzentrum nicht
ausreichend hoch. Der Ofen hat unweigerlich in sich eine
ungleichmäßige Temperaturverteilung.
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Demzufolge neigt der obige Abfallschmelzofen dazu,
unter den folgenden Nachteilen zu leiden:
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(1) Verstreuung von Staub (kurzer Weg des
pulverförmigen Abfalls),
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(2) Brückenbildung in der Aufschüttlage aufgrund der
ungleichmäßigen Verteilung der Temperatur im Ofen,
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(3) Erhöhung des Koksverbrauches aufgrund von
teilweiser Verbrennung von peripheren Koksbereichen und
Verbrennung von unverbranntem pulverförmigen Abfall, und
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(4) defekter Ausstoß aufgrund eines unstabilen
Betriebes des Ofens.
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Um diese Probleme zu lösen, ist es erstrebenswert, den
Verbrennungsraum in einer Position niedriger als die
obere Oberfläche der Aufschüttlage anzuordnen, wie es
in der EP-A-0 143 106 offenbart ist. Indem die Distanz
für den Abfall und das Gas zum Verlauf durch die
Aufschüttlage verlängert wird, wird mit dieser Anordnung
eine Verteilung zum Zentrum der Aufschüttlage
angestrebt in Verbindung mit der ansteigenden Bewegung der
Verbrennungsgase. Aber mit dieser Anordnung tritt das
oben beschriebene periphere Fluidisierungsphänomen an
den unteren Bereichen der Aufschüttlage auch auf.
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In der US-3 744 438 wird eine Verbrennungsvorrichtung
offenbart, in der das Abfallmaterial in einem separaten
Verbrennungsraum verascht wird, der abgeschnitten ist
vom geschmolzenen Abfallmaterial. Dieses Dokument
offenbart keinerlei Lösungen für Probleme in Zusammenhang
mit Schichten, die aus einem kohlenstoffartigen
Brennstoff gebildet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Abfallschmelzofen vorzusehen, der in der Lage ist, die
Erzeugung von verstreutem Staub zu unterbinden, eine
gleichmäßige Innentemperatur sicherzustellen und Abfall
mit einer hohen Effizienz zu behandeln.
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Die obige Aufgabe wird erfüllt gemäß der vorliegenden
Erfindung durch einen Abfallschmelzofen, der eine
Aufschüttlage umfaßt, die aus einem carbonartigen
Brennstoff gebildet wird, und einen kreisförmigen
Verbrennungsraum,
der kreisförmig um die Aufschüttlage
unterhalb einer oberen Oberfläche davon ausgebildet ist und
mit der Aufschüttlage kommuniziert, wodurch ein Abfall
in Pulverform in den Verbrennungsraum zugeführt wird
und in dem Verbrennungsraum und der Aufschüttlage
verbrannt wird, um geschmolzen und verschlackt zu werden,
wobei der Ofen weiterhin eine nach unten gerichtete
Wand umfaßt, die von einer oberen Stelle des
Verbrennungsraumes nach unten gerichtet ist, um eine Grenze
zwischen dem Verbrennungsraum und der Aufschüttlage zu
markieren.
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Ein Verbrennungsgas kann schräg nach unten gerichtet
sein, um aus dem Verbrennungsraum in die Aufschüttlage
zu strömen.
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Die vorliegende Erfindung hat die folgenden
Wirkungsweisen und Effekte.
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Indem die nach unten gerichtete Wand vorgesehen wird
oder die Richtungen der Verbrennungsgasströmungen
kontrolliert werden, wird der staubförmige Abfall, der in
den Verbrennungsraum eingeblasen wird, nach unten
gerichtet, um in die Aufschüttlage zu strömen. Die
Verbrennung des Abfalls in den zentralen Bereichen der
Aufschüttlage wird begünstigt und die Aufschüttlage hat
eine gleichmäßige Temperaturverteilung quer dazu. Der
Abfall wird in einer verstärkten Menge verbrannt (mit
einer Reduktion in der Menge von verteiltem Staub),
wodurch die Behandlungstemperatur erhöht wird. Demgemäß
wird der Abfall daran gehindert, Abkürzungen zu nehmen,
wie im Stand der Technik, um von dem Verbrennungsraum
nach oben zu strömen, benachbart zu äußeren Wänden der
Aufschüttlage.
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Andererseits wird das Verbrennungsgas in dem
ringförmigen Verbrennungsraum in die Aufschüttlage eingeführt,
während es im Verbrennungsraum um die Aufschüttlage
zirkuliert. Die nach unten gerichtete Wand oder die
Strömungssteuerung, die sich daraus ergibt, stellt eine
ausreichende Verweildauer im Verbrennungsraum sicher.
Als ein Ergebnis wird die Behandlung des Abfalls im
Verbrennungsraum verbessert.
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Demgemäß erreicht der Abfallschmelzofen gemäß der
vorliegenden Erfindung eine Temperaturerhöhung basierend
auf der Verbrennung des Abfalls und einer vollständigen
Verbrennung des Brennstoffes. Der Ofen kann mit
Leichtigkeit auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten
werden und ist stabil betreibbar.
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Mit der Abfallschmelzvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Abkürzungen des Abfalls verhindert, um
die Menge von verteiltem Abfallstaub zu verringern. Des
weiteren wird die Verbrennung im Verbrennungsraum
gefördert, um die Temperatur zu erhöhen, dadurch wird die
Temperatur der Aufschüttlage in dem Ofen
vereinheitlicht und der Betrieb des Ofens stabilisiert.
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Die obigen Faktoren verhindern effektiv das teilweise
Schmelzen des Abfalls in Hochtemperaturbereichen und
Brückenbildung aufgrund von Staubanhaftungen in
Niedertemperaturbereichen. Außerdem wird eine Verringerung im
Verbrauch eines kohlenstoffartigen Brennstoffes (wie
zum Beispiel Koks) erreicht, der die Aufschüttlage
bildet, um den Abfall zu behandeln.
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Das Vorgesagte und weitere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der Erfindung werden deutlicher anhand der
folgenden detaillierteren Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den
beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figur 1 ist eine Ansicht, die eine Konstruktion eines
Abfallschmelzofens zeigt.
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Figuren 2 (a) und (b) zeigen Ergebnisse von
Temperaturvergleichen in den Öfen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Abfallschmelzofen gemäß der vorliegenden Erfindung
wird im folgenden detailliert beschrieben unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Figur 1 zeigt einen Schnitt eines Abfallschmelzofens 1
benachbart zu einer Aufschüttlage von Koks 2. Der
Abfallschmelzofen 1 hat die Aufschüttlage von Koks 2, die
im wesentlichen in der Form eines vertikalen Zylinders
ist. Der Ofen 1 hat einen Auslaß 3 in einer unteren
Position der Kokslage 2 zum Auslassen geschmolzener
Schlacke. Ein ringförmiger Verbrennungsraum 4 ist
umfänglich um die Kokslage 2 unterhalb einer oberen
Oberfläche davon ausgebildet. Ein Freibord 5 ist über der
Kokslage 2 ausgebildet. Der Ofen 1 weist außerdem eine
Primärluftzuführdüse 6 auf, zum Zuführen von Primärluft
zur Kokslage 2, und eine Sekundärluftzuführdüse 7, die
benachbart zu einem Einlaß des Freibordes 5 angeordnet
ist zur Zuführung von Sekundärluft.
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Der Verbrennungsraum 4 umfaßt eine Abfallzuführdüse 4a,
um Schlamm in Pulverform durch Tragluft mitgenommen
zuzuführen, eine Verbrennungssauerstoffzuführdüse 4b, zum
Einblasen eines Gases, das Verbrennungssauerstoff
enthält, und eine Hilfsbrennstoffzuführdüse 4c, um einen
Hilfsbrennstoff einzublasen. Im Verbrennungsraum 4 wird
der Brennststoff verbrannt und der pulverförmige
Schlamm, der in den Verbrennungsraum zugeführt wird,
wird getrocknet und verbrannt. Die Verbrennungsgase
werden zusammen mit unverbrannnten Substanzen in die
Kokslage zugeführt, während sie einen Weg um die
Kokslage 2 beschreiben.
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Der Ofen 1 hat eine nach unten gerichtete Wand 8, die
aus einem feuerfesten Material gebildet ist und nach
unten von einer oberen Stelle des Verbrennungsraumes 4
vorspringt, um eine Grenze zwischen dem
Verbrennungsraum 4 und der Kokslage 2 zu markieren. Die Wand 8 hat
eine nach unten gerichtete Führungsfläche 8a, die dem
Verbrennungsraum 4 gegenüberliegt und von der Kokslage
2 weggeneigt ist, während sie sich nach oben erstreckt.
Die nach unten gerichtete Wand 8 bewirkt eine
Verzögerung des Strömens der Gase in die Kokslage 2 (das heißt
eine Erhöhung der Zirkulationsmenge), verglichen mit
einer Konstruktion, die keine solche nach unten
gerichtete Wand hat. Zusätzlich strömen die Verbrennungsgase
schräg nach unten in die Kokslage 2.
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Der Betrieb des Abfallschmelzofens 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung wird als nächstes beschrieben. Die
Kokslage 2 wird mit vorgeheizter Primärluft verbrannt,
die durch die Primärluftzuführdüse 6 in eine untere
Position der Kokslage 2 eingeblasen wird, um als das
sauerstoffenthaltende Gas zu fungieren. Die Kokslage 2
bewahrt eine hohe Temperatur von 1500 bis 1600 ºC. Der
Abfall, wie zum Beispiel Schlamm in getrockneter
Pulverform, der etwa 10 % Wassergehalt hat, wird in den
Verbrennungsraum 4 durch eine Abfallzuführdüse 4a
eingeblasen. Der Abfall wird verbrannt und geschmolzen und
in die Kokslage 2 zugeführt. Unverbrannte Substanzen
werden in der Kokslage 2 auch geschmolzen und
verschlackt. Das geschmolzene Produkt wird über den Auslaß
3 entsorgt. Um den Verbrennungs- und Schmelzprozeß
gleichmäßig zu halten, ist es notwendig, die Temperatur
im Verbrennungsraum 4 wenigstens bei 1200 ºC zu halten
und die Temperatur in der Kokslage 2 wenigstens bei
1400 bis 1500 ºC zu halten. In der
Abfallschmelzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt die
nach unten gerichtete Wand 8, daß der pulverförmige
Abfall und das sauerstoffenthaltende Gas, die in den
Verbrennungsraum 4 eingeblasen werden, nach unten in die
Kokslage 2 strömen, wodurch Abkürzungen entlang der
äußeren Wände verhindert werden. Demgemäß stellt dieser
Abfallschmelzofen 1 Betriebsbedingungen sicher, bei
denen der Abfall für eine ausreichende Zeitdauer im
Verbrennungsraum 4 verbleibt, um eine vollständige
Verbrennung von verbrennbaren Substanzen zu erreichen und
Temperaturerhöhungen aufgrund der Verbrennung. Der Ofen
kann auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten
werden, um gleichmäßig betreibbar zu sein.
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Wo, wie im Stand der Technik, die nach unten gerichtete
Wand 8 nicht vorgesehen ist, wird der pulverförmige
Staub nicht ausreichend in dem Verbrennungsraum
verbrannt. Der Abfall, wie zum Beispiel Schlamm, wird in
Staubform in die Verbrennungsabgase eingestreut.
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Experimentelle Daten von der Brauchbarkeit der
vorliegenden Erfindung werden als nächstes beschrieben unter
Bezugnahme auf die Figuren 2 (a) und (b).
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Figur 2 (a) zeigt schematisch eine
Tempteraturverteilung im Innern des Abfallschmelzofens 1, der die nach
unten gerichtete Wand 8 hat. Figur 2 (b) zeigt einen
herkömmlichen Abschmelzofen, der keine nach unten
gerichtete Wand hat.
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Die folgende Tabelle zeigt Testergebnisse von
Betriebsbedingungen der entsprechenden Abfallschmelzöfen.
[Testergebnisse]
mit nach unten gerichteter Wand
ohne nach unten gerichteter Wand
Schlamm (kg/h)
Koks (kg/h)
ausgebrachter Staub (g/Nm³)
Primärluft (Nm³/h)
Luft in dem Verbrennungsraum (Nm³/h)
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Wie aus den obigen Ergebnissen zu sehen ist, erreicht
der Ofen, der die nach unten gerichtete Wand 8 hat,
eine erhöhte und gleichmäßige Temperatur, während die
Menge von Koks, die benötigt wird, um dieselbe Menge an
Schlamm zu behandeln, reduziert wird. Die Menge an
ausgebrachtem Staub wird ebenfalls erheblich verringert.
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Der Abfallschmelzofen gemäß der vorliegenden Erfindung
hat die Bauweise und die Funktion wie oben beschrieben.
Andererseits wurde vorgeschlagen, die Kokslagenstruktur
zu ändern, um die Strömungen im Ofen zu kontrollieren.
Gemäß diesem Vorschlag wird die Kokslage 2 dick
ausgebildet in den äußeren Bereichen und dünn im mittleren
Bereich, um zu verhindern, daß der Staub des
pulverförmigen Abfalls entlang der peripheren Wände verläuft,
und um die größtmöglichste Menge von Abfall in die
Kokslage 2 zuzuführen. Aber diese Maßnahmen können
nicht angewandt werden, da bei der vorliegenden
Erfindung die Kokslage 2 dünn ausgebildet ist. Es ist auch
denkbar, die Rate, mit der der pulverförmige Abfall in
den Verbrennungsraum eingeblasen wird, zu erhöhen, mit
dem Ziel, den Abfall zu dem mittleren Bereichen im Ofen
zu bringen. Diese Maßnahme ist auch nicht möglich, da
die Kokslage aus dem gleichen Grunde fluidisiert wird.
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Die vorliegende Erfindung sieht die nach unten
gerichtete Wand 8 zwischen dem Verbrennungsraum 4 und der
Kokslage 2 vor, um zu verhindern, daß Luft und
pulverförmiger Abfall, die in den Verbrennungsraum 4
eingeblasen werden, eine Abkürzung entlang der Wände nehmen
direkt im Freibord 5. Diese Bauweise erzielt die
hervorragenden Effekte, die oben beschrieben wurden.
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Weitere Ausführungsformen werden als nächstes
beschrieben.
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In der obigen Ausführungsfrom hat die sich nach unten
erstreckende Wand einen dreieckigen vertikalen
Querschnitt, der sich nach unten erstreckt. Anstelle dieser
Konfiguration kann die sich nach unten erstreckende
Wand einen quadratischen vertikalen Querschnitt haben,
der sich nach unten erstreckt. Das heißt, die sich nach
unten erstreckende Wand kann jede geeignete Form haben,
um das Gas, das von dem Verbrennungsraum 4 in die
Koksschicht 2 eingeführt wird, daran zu hindern, sich
direkt in äußere Bereiche der Koksschicht 2 zu bewegen
und durch die Koksschicht 2 hindurchzutreten, ohne
verbrannt zu werden.
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Die sich nach unten erstreckende Wand 8 kann anstatt
aus einer massiven Struktur, die aus einem feuerfesten
Material gebildet ist, wie in der vorgehenden
Ausführungsform, eine hohle Ausführungsform haben, um eine
Wasserkühlung oder eine Boilerstruktur vorzusehen.
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Während Koks in den vorhergehenden Ausführungsformen
verwandt wird, kann der Brennstoff jeder andere
carbonartige Brennstoff sein.