-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft einen Ascheschmelzofen und ein zum Schmelzen
von Asche verwendetes Verfahren. Der Ofen verwendet einen Brenner
zum Erwärmen
und Schmelzen der Oberfläche
von Asche, bei der es sich um Flugasche oder die von einer Verbrennungsanlage,
wie einer solchen, die Stadtmüll
oder Industrieabfall verbrennt, ausgeblasene Asche oder die Asche
von einem kohlebefeuerten Kessel handeln kann. Diese geschmolzene
Asche wird dann als verflüssigte
Schlacken ausgegeben.
-
Beschreibung
der einschlägigen
Technik
-
Das
von einer Stadtmüll
oder Industrieabfall verbrennenden Verbrennungsanlage ausgestoßene Material
enthält
Asche und Abgase. Die Asche wird durch einen Prozess unter Wasserabschluss
behandelt; die sich ergebende Nassasche wird gesammelt, und trockene
Asche wird im trockenen Zustand gesammelt. Die zwei Typen gesammelter
Asche werden durch Zerstoßen
derselben und magnetisches Abtrennen und Entfernen ihres Eisengehalts,
der einen hohen Schmelzpunkt aufweist, vorverarbeitet. Die Nassasche
wird dann durch einen Trockner geschickt und mit der Trockenasche
gemischt, um Primärasche
zu bilden.
-
Flugasche
wird aufgefangen, wenn die von der Verbrennungsanlage ausgeblasenen
Gase eine Staubkammer, wie einen Beutelfilter, durchlaufen, bevor
sie in die Atmosphäre
freigesetzt werden.
-
Die
Flugasche enthält
ein beträchtliches
Volumen an Schwermetallen und Salzen mit niedrigem Siedepunkt, und
die meisten Komponenten verflüchtigen
sich und verteilen sich unter den Gasen, wenn die Asche einer thermischen
Verarbeitung bei hohen Temperaturen unterzogen wird. Jedoch beschädigen die
Salze die wärmebeständigen Teile
des Ofens. Daher ist es unüblich,
die Flugasche als solche zu schmelzen. Vielmehr mischen die meisten
Ascheverarbeitungsanlagen die Flugasche mit der Primärasche und
schmelzen sie zusammen.
-
Um
das oben beschriebene Aschegemisch zu schmelzen und zum Erstarren
zu bringen, wird ein Ascheschmelzofen vom Brennertyp verwendet.
Dabei handelt es sich um einen Ofen, der Wärme auf die Oberfläche der
Asche aufbringt, um sie zu schmelzen, und der die geschmolzene Asche
als Schlacken ausgibt. Es existieren zwei Typen von Ascheschmelzöfen vom
Brennertyp: ein Ofen mit einer runden, rotierenden Oberfläche sowie
ein Ofen mit einer festen Oberfläche,
bei dem es sich um einen geneigten Reflexionsofen handelt. Nun beruht
die folgende Erörterung
von Ascheschmelzöfen
vom Brennertyp, wobei es sich um die Hauptanwendung der Erfindung handelt,
auf dem letzteren Ofentyp, einem Ascheschmelzofen mit fester Oberfläche, dessen
Betrieb nun kurz erläutert
wird.
-
Die 7 zeigt
einen Schmelzofen mit fester Oberfläche. In dieser Zeichnung besteht
ein Ascheschmelzofen 51 aus einem nach unten geneigten
Boden 55; einer Aschezuführeinheit 53, die
sich über
einem Ende des Hauptkörpers
des Ofens befindet; einer Ausgabeöffnung 57, die sich
am anderen Ende des Ofens befindet; einem festen Brenner 52,
der an der Decke 56 installiert ist; und einem Vorschieber 58,
bei dem es sich um eine Einrichtung zum Antreiben der Asche in der
Vorwärtsrichtung
im Ofen handelt, siehe beispielsweise JP-10-38249-A.
-
Die
Zuführeinheit 53 verfügt über einen Ascheschacht 60 und
dessen Zuführöffnung 54.
Der Ascheschacht 60 enthält ein Aschegemisch 50,
eine Kombination aus Primärasche
und Flugasche. Die Asche wird durch Schwerkraft zur höchsten Fläche des
Bodens des Ofens, direkt unter der Zuführöffnung 54, zugeführt. Das
auf diese Fläche
fallende Aschegemisch wird durch die Wirkung des Vorschiebers 58 intermittierend
entlang dem Boden 55 zum Inneren des Ofens weg gedrückt. Dadurch
wird entlang der geneigten Fläche
des Bodens 55 eine Schicht aus Asche 59 gebildet.
-
Der
Brenner 52 ist entlang der Mittelachse der Decke 56 platziert.
In den Brenner gedrückter flüssiger Brennstoff
wird durch Druckluft oder Dampf aus einem Abwärmekessel zerstäubt und
in die Kammer gesprüht,
wo er mit gleichzeitig zugeführter
heißer
Luft gemischt wird, was dazu führt,
dass er verbrennt. Die Flammen vom festen Brenner 52 erwärmen die
Oberfläche
der Ascheschicht 52 und schmelzen sie auf.
-
Das
Ende des Bodens 55 an der Öffnung 57 führt zum
Bereich, von dem aus die Flammen vom Brenner 52 abstrahlen.
Die Außenseite
der Ascheschicht 59, die sich weiterhin zur Ausgabeöffnung 57 bewegt,
wird erwärmt
und verflüssigt,
um geschmolzene Asche 25 zu bilden, die in einem Schlackebehälter 65 gesammelt
wird. Diese Asche läuft
als geschmolzene Schlacken 25a, die aus der Ausgabeöffnung 57 tropfen,
durch eine Ablassöffnung 20 in
einem Damm 23. Diese Schlacken werden auf einem Förderer (nicht
dargestellt) unter Wasserabschluss transportiert und nach außen ausgegeben.
-
Ascheschmelzöfen zeigen
die folgenden Probleme betreffend die Zufuhr von Asche selbst dann,
wenn nur eine einzelne Art von Asche zu schmelzen ist.
- 1) Wenn die Asche vom Schacht 60 der Aschezuführeinheit 53 zum
Eingang der Kammer am nahen Ende des Bodens 55 geliefert
wird, kann sie durch ihr Eigengewicht herabfallen. Wenn jedoch die
Asche herabfällt,
entwickelt sie häufig
Quervernetzungen, was es unmöglich
macht, eine gleichmäßige Versorgung
zu erzeugen.
- 2) Die Asche, die auf das nahe Ende des Bodens 55 fällt, wird
durch den Vorschieber 58 entlang der geneigten Fläche des
Bodens zur Ausgabeöffnung 57 am
entgegengesetzten Ende der Kammer geschoben, um eine Ascheschicht 59 zu
bilden. Der Vorschieber 58 führt eine intermittierende Vor-
und Zurückbewegung
aus. Diese intermittierende Bewegung kann, in Kombination mit dem absorbierten
Aufprall von Asche, die auf Klumpen von Aschepartikeln mit selbst
kleinem Kopplungsindex fällt,
zu plötzlichen
Wellenbildungen an der Oberfläche
der Ascheschicht 59 führen.
So ist der Zustand der durch die Strahlungswärme von der Flamme des Brenners 52 erwärmten und
geschmolzenen Ascheoberfläche
instabil, was es praktisch unmöglich
macht, ein stabiles, kontinuierliches Herausfließen geschmolzener Asche 25 zu
bewerkstelligen.
-
Im
Allgemeinen existiert ein weiteres Problem, wenn verschiedene Aschetypen
zu schmelzen sind. Die Asche 50 wird über die Zuführeinheit 53 zugeführt. Die
Oberfläche
der Ascheschicht 59, die durch die Wirkung des Vorschiebers 58 erzeugt
wird, wenn sich dieser den Boden 55 entlang bewegt, kommt
abhängig
vom Aschetyp unter verschiedenen Schüttwinkeln γ in Bezug auf den Boden 55 zur
Ruhe. Bei einigen Aschetypen gelangt das Vorderende der Ascheschicht 59 ein
beträchtliches
Stück entfernt von
der Ausgabeöffnung 57 zu
einem Halt, oder es wird sogar über
die Ausgabeöffnung 57 hinaus
geschoben. Wenn die geschmolzene Asche 25 zu bald stoppt,
bildet sie sich, ohne die Ausgabeöffnung 57 zu erreichen,
und ihr Vorderende läuft
selbst dann, wenn sie durch den Vorschieber 58 angetrieben
wird, nicht über
den erforderlichen Weg. Die geschmolzene Asche 25 kann
nicht aus dem Ofen fließen,
und es kann geschehen, dass das wärmebeständige Material am Boden 55 unmittelbar
vor der Ausgabeöffnung 57 übermäßiger Wärme ausgesetzt
wird und durch diese korrodiert.
-
Wenn
die Ascheschicht zu weit läuft, schmilzt
sie weiterhin, und wenn sich der Vorschieber 58 bewegt,
während
die geschmolzene Asche 25 von der fernen Seite des Bodens 55 her
fließt,
kann das Moment der neuen Asche 50, wie sie zugeführt wird, dazu
führen,
dass es in der geschmolzenen Asche 25 zu einer Lawinenbildung
kommt. Nicht geschmolzene Asche 50 fließt mit der geschmolzenen Asche 25 heraus,
und die Qualität
der geschmolzenen Asche leidet.
-
Anders
gesagt, kann der Schüttwinkel
nur dann eine Unterstützung
bieten, wenn eine stabile Aschezufuhr erzielt wird, wie oben erörtert. Daher
ist es ein Thema höchster
Priorität,
wie eine stabile Aschezufuhr im Ofen erzielt werden kann.
-
Es
existiert ein weiteres Problem. Im Ascheschmelzofen 51 wird
ein Gemisch von Primärasche und
Flugasche über
die Aschezuführeinheit 53 an das
Innere des Ofens geliefert. Es bildet sich eine Schicht zusammengesetzter
Asche, die erwärmt
und geschmolzen wird.
-
Jedoch
besteht bei einer Ascheschicht 59, die aus dieser Art eines
zusammengesetzten Gemischs besteht, das folgende Problem. Wenn die Strahlungswärme von
der Flamme des Brenners 52 auf ihre Oberfläche einwirkt,
um sie zu erwärmen, sorgen
die Verbrennungsgase vom Brenner dafür, dass superfeine Teilchen,
wie die Flugasche hoch- und herumgeblasen werden. Viele dieser Teilchen entweichen
mit den Abgasen aus dem Ascheschmelzofen.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ascheschmelzofen und
ein Verfahren zum Schmelzen von Asche zu schaffen, die es ermöglichen,
Asche effizient zu schmelzen, wenn zusammengesetzte Asche, die aus
einem Gemisch von Primärasche,
d. h. Verbrennungsanlagenasche und Flugasche, besteht, geschmolzen
wird. Dies erfolgt durch Verhindern des Herumfliegens von Flugasche im
Ofen, wenn die zusammengesetzte Asche geschmolzen wird.
-
Die
Erfindung betrifft einen Ascheschmelzofen, der Primärasche und
Flugasche innerhalb der Verbrennungsaschen miteinander mischt und
aufschmilzt. Beim A scheschmelzverfahren zum Schmelzen von Asche,
das den Schritt des Lieferns von Asche auf den schrägen Boden
von einem Ende des Ofens her, das Schmelzen der zugeführten Asche durch
einen Brenner und das Vorschieben derselben entlang dem schrägen Boden
zu einer am fernen Ende des schrägen
Bodens vorhandenen Ablassöffnung
zum Ablassen der geschmolzenen Asche sowie das Ausgeben geschmolzener
Schlacken der Asche am anderen Ende des Ofens beinhaltet, ist die vorliegende
Erfindung durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet. Im Schritt
des Zuführens
von Asche liegt ferner der Schritt des Zuführens der Primärasche (Asche,
die grobe Teilchen enthält)
vom oberen Ende des Ofens zum Ausbilden einer oberen Schicht einer
zweilagigen Ascheschicht, des Zuführens der Flugasche (Asche,
die kleine Teilchen enthält)
vom oberen Ende des Ofens zum Ausbilden der unteren Schicht der
zweilagigen Ascheschicht, des Bewegens der zweilagigen Schicht gemeinsam
zum fernen Ende des Ofens und des Heizens und Schmelzens der zweilagigen
Schicht durch einen Brenner zum Bilden der geschmolzenen Schlacke
während des
Bewegungsschritts, vor.
-
Um
die Aschen auf die oben genannte Weise zu schmelzen, offenbart die
Erfindung einen Ascheschmelzofen, der wie folgt effizient arbeitet.
Der Ascheschmelzofen, der über
eine Aschezuführöffnung zum
Zuführen
von Asche, die an einem Ende des Ofens vorhanden ist; eine Schlackenausgabeöffnung zum
Ausgeben der geschmolzenen Ascheschlacke am anderen Ende des Ofens;
einen Brenner zum Schmelzen der von der Aschezuführöffnung zugeführten Asche,
die entlang einem schrägen
Boden zum einer Ablassöffnung
vorgeschoben wird, die am fernen Ende des schrägen Bodens vorhanden ist, um
die geschmolzene Schlacke abzulassen, verfügt, ist durch die folgenden
Merkmale gekennzeichnet. Er verfügt über mindestens
zwei Gruppen von Aschezuführöffnungen
zum Zuführen
von Asche, die am oberen Ende des Ofens vorhanden sind, wobei die
erste Aschezuführöffnung dazu
verwendet wird, die Primärasche
zuzuführen,
die zweite Aschezuführöffnung dazu
verwendet wird, die Flugasche (Asche, die kleine Teilchen enthält) zuzuführen, wobei
die Primärasche
und die Flugasche eine zweilagige Ascheschicht auf einem schrägen Boden
bilden, wobei die erste und die zweite Aschezuführöffnung auf solche Weise angeordnet
sind, dass die Flugasche die untere Schicht der zweilagigen Schicht
bildet und die Primärasche
eine obere Schicht auf der unteren Schicht aus Flugasche bildet.
-
Die
zum Zuführen
der Primärasche
verwendete erste Aschezuführöffnung kann
sich in einem stromabwärtigen
Bereich des Ofens befinden, und die zum Zuführen der Flugasche verwendete
zweite Aschezuführöffnung kann
sich in einem stromaufwärtigen
Bereich des Ofens befinden. Die zum Zuführen der Primärasche verwendete
erste Aschezuführöffnung kann
sich alternativ in einem oberen Bereich über dem Boden des Ofens befinden,
und die zum Zuführen
der Flugasche verwendete zweite Aschezuführöffnung kann sich in einem unteren
Bereich über
dem Boden des Ofens befinden.
-
Die
Erfindung verfügt
ferner über
eine Aschefördereinrichtung,
wie einen Schraubenförderer,
um die Flugasche in einem stromaufwärtigen Bereich des Ofens zuzuführen, wobei
die Aschefördereinrichtung
in der Längsrichtung
entlang dem schrägen
Boden von der Aschezuführöffnung aus
ausgerichtet ist.
-
Die
Erfindung verfügt
ferner über
einen Schieber entlang der Wand der Aschezuführöffnung, um die Höhe der Ascheschicht
auf dem schrägen
Boden einzustellen.
-
Bei
dieser Ausführungsform
wird dann eine untere Schicht aus Flugasche mit einer Schicht aus Primärasche auf
ihr gebildet. Dies führt
zu einer zweilagigen Ascheschicht im Ofen, wobei die Flugasche vollständig durch
die Primärasche
bedeckt ist. Die Anteile der zwei Aschetypen in dieser Schicht können leicht
eingestellt werden, so dass die kleinen Teilchen der Flugasche nicht
direkt den Abgasen aus dem Brenner ausgesetzt sind. Dies beseitigt
das Problem, dass ein größerer Teil
der Flugasche mit den Abgasen nach außen entweicht. Ferner wird
die Flugasche durch die Wärme,
die leitend von der Primärasche übertragen
wird, und die Wärme,
die direkt von der geschmolzenen Asche übertragen wird, gleichmäßig geschmolzen.
-
Da
der Einlass für
die Primärasche
weiter vorne am Ofen platziert ist und der Einlass für die Flugasche
unmittelbar dahinter platziert ist, wird die Primärasche als
obere Schicht abgelagert, und die Flugasche wird unter der Primärasche abgelagert. Daher
bildet sich eine zuverlässige
zweilagige Schicht, bei der die Primärasche und die Flugasche deutlich
segregiert sind. Der Einlass für
die Primärasche
ist vertikal über
dem nahen Ende des Bodens des Ofens angeordnet. Daher wird die Flugasche
in der Längsrichtung
entlang der schrägen
Fläche
des Bodens abgelagert. So kann eine Flugascheschicht gebildet werden,
die über
keine Unregelmäßigkeiten oder
Biegungen verfügt,
die den Fluss von Teilchen behindern würden. Eine derartige Schicht
kann stetig fließen,
ohne dass sie Welligkeiten erleidet. Da die Primärasche, die aus größeren Teilchen
besteht, auf der Flugasche abgelagert wird, wird im oberen Teil der
relativ glatten Schicht der Flugasche auf dem Boden des Ofens der
relativ glatten Schicht der Flugasche auf dem Boden des Ofens eine
Strömung
der oberen Schicht erzeugt. Dies erzeugt eine gut ausgebildete zweilagige
Schicht, in der die Primärasche und
die Flugasche deutlich getrennt sind.
-
Bei
der oben angegebenen Konfiguration können im Aschezuführpfad für die Primärasche im Kontaktgebiet
mit der Flugascheschicht einige Unregelmäßigkeiten oder Biegungen vorliegen.
Da jedoch die Primärasche
aus gröberen
Teilchen besteht, bestehen keine Schwierigkeiten dafür, dass
die Ascheschicht gleichmäßig fließt.
-
Da
mehrere Schraubenförderer
an mindestens einer Stelle vorhanden sind, d. h. am Einlass für die Flugasche,
und da die Fördereinrichtung
die Flugasche zwangsweise von der Außenseite des Ofens her fördert, kann
die Flugasche auf stabile Weise fließen. Im Ergebnis gewährleistet
dies, dass sich die zweilagige Schicht auf stabile Weise bildet.
Die Menge der Flugasche in der zweilagigen Strömung kann eingestellt werden,
um für
einen geeigneten Anteil von Primärasche
zu Flugasche zu sorgen. Dies erlaubt die Zufuhr einer Menge an Flugasche
in solcher Weise, dass die diese umschließende Primärasche zuverlässig schmilzt.
-
Da
ein Schieber vorhanden ist, um die Höhe der Trennwand einzustellen,
die die Menge der an den Einlass für die Primärasche zu liefernden Asche bestimmt,
ist es einfach, die Anteile der Primärasche und der Flugasche im
Gemisch einzustellen. Durch Einstellen des Schüttwinkels für jeden Typ von Primärasche kann
der Bediener gewährleisten,
dass das Vorderende der Primärascheschicht
ein geeignetes Stück
entfernt von der Ausgabeöffnung
endet. Dies führt
zu einem stabilen Fluss geschmolzener Asche, die aus Primärasche und
Flugasche besteht.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
ein grobes Blockdiagramm eines Systems zum Steuern der Verbrennung
in einem Ascheschmelzofen.
-
2 zeigt
Diagramme der in der 1 dargestellten Steuerungsvorgänge.
-
3 ist
ein Ascheschmelzofen zum Mischen und Schmelzen von Primärasche und
Flugasche gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
4 ist
ein grobes Blockdiagramm eines Ascheschmelzofens, wie er in der 3 dargestellt ist,
der jedoch an der Zuführöffnung für die Primärasche gemäß einer
anderen bevorzugten Erscheinungsform der Erfindung über einen
Schieber verfügt.
-
5 ist
ein grobes Blockdiagramm eines Ascheschmelzofens mit Schraubenförderern
für die Primärasche bzw.
die Flugasche, gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
6 ist
ein grobes Blockdiagramm eines Ascheschmelzofens, wie er in der 5 dargestellt ist,
der jedoch über
einen Schieber für
die Primärasche,
gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, verfügt.
-
7 ist
ein grobes Blockdiagramm eines Ascheschmelzofens gemäß der einschlägigen Technik.
-
8 ist
ein anderes grobes Blockdiagramm eines Ascheschmelzofens mit einem
Schieber an der Aschezuführöffnung gemäß der einschlägigen Technik.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
In
diesem Abschnitt erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine
detaillierte Erläuterung der
Erfindung. In dem Umfang, in dem Abmessungen, Materialien, Formen
und Relativpositionen der bei diesen Ausführungsformen beschriebenen
Komponenten nicht unbedingt festgelegt sein müssen, ist der Schutzumgang
der Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
die lediglich als Beispiele dienen sollen.
-
Die 1 ist
ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern der Verbrennung in einem
Ascheschmelzofen.
-
Der
Ascheschmelzofen verfügt,
an einem Ende des Ofenkörpers, über eine
Aschezuführeinheit 53 mit
einer darunter vorhandenen Aschezuführöffnung 54. Asche wird über die
Zuführöffnung 54 zugeführt und
auf dem Boden 55 direkt unter ihr abgelagert. Wenn die
Asche durch den Vorschieber 58, die Zuführvorrichtung, vorwärtsgeschoben
wird, bildet sie entlang dem geneigten Boden 55 eine Schicht 59, wenn
sie zum fernen Ende des Bodens läuft.
Die Asche an der Ober fläche
der Schicht 59 wird durch einen Sauerstoffanreicherungs-Brenner 10,
der auf der Mittellinie der Decke 56 an der Oberseite des Ofenkörpers installiert
ist, erwärmt
und aufgeschmolzen. Die sich ergebende geschmolzene Asche 25 fließt in Form
geschmolzener Schlacken 25a durch die Schlackenauslauföffnung 20 am
fernen Ende des Bodens 55 zur Ausgabeöffnung 57. Diesbezüglich unterscheidet
sich das vorliegende System nicht von den oben erörterten
Vorrichtungen aus dem Stand der Technik.
-
Eine
CCD-Infrarotkamera 15 oder irgendeine andere CCD-Industriekamera,
die eine Temperaturverteilung messen kann, ist am fernen Ende des Ofenkörpers installiert,
so dass sie den Zustand des Flusses der geschmolzenen Schlacken 25a,
der von der Auslauföffnung 20 abtropft, überwachen
kann. Eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung 19 steuert die
Menge der zugeführten
Asche und die Menge der durch den Brenner erzeugten Wärme abhängig vom Zustand
des Flusses der geschmolzenen Asche.
-
Der
Sauerstoffanreicherungs-Brenner 10 wird mit Brennstoff
von einem Öltank 11a,
der Brennstoffquelle, über
ein Ventil FIC-11 versorgt, das das Flussvolumen steuert. Sauerstoff
wird der von einer Quelle 12a (einem Luftgebläse) über ein
Ventil FIC-12, das das Flussvolumen steuert, zugeführten Druckluft
zugesetzt. Der Sauerstoff wird von einer Sauerstoffquelle 13a (einem
Sauerstofferzeuger PSA oder einer Sauerstoffflasche) abgezogen und über ein
Ventil FIC-13, das das Flussvolumen steuert, zugeführt. Auf
diese Weise kann die benötigte
Sauerstoffkonzentration (25 bis 40%) in der an den Brenner gelieferten
Sauerstoff-angereicherten Luft erzielt werden.
-
Die
Ventile FIC-11, FIC-12 und FIC-13 werden jeweils bei Empfang eines
Signals von der Verbrennungssteuerungsvorrichtung 14 ferngesteuert.
-
Eine
Aschezufuhr-Steuerungseinheit 19 steuert den Bewegungsbereich
(d.h. den linearen Hub) des Vorschiebers 58 zum Steuern
der Menge zugeführter
Asche.
-
Ein
Schraubenförderer
kann als Vorschieber 58 verwendet werden. In diesem Fall
würde die Aschezufuhr-Steuerungseinheit 19 die
Drehzahl des Förderers
steuern.
-
Die
Verbrennungssteuerungsvorrichtung 19 verfügt über die
CCD-Infrarotkamera 15; eine Bildverarbeitungseinheit 16,
die die durch die Kamera 15 erhaltenen Bilder verarbeitet,
einschließlich
der Erzeugung, Beseitigung, Synthetisierung und des Vergleichs von
Bildern; eine Berechnungseinheit 17, die, unter Verwendung
der von der Verarbeitungseinheit 16 erhaltenen Daten, erforderliche
Steuerungsoperationen ausführt,
wie sie in Kürze
erörtert
werden; und eine Steuerungseinheit 18, die, auf Grundlage
des Ergebnisses der Steuerungsoperationen, Signale zum optimalen
Steuern des Betriebs der Ventile FIC-11, FIC-12 und FTC-13 sowie
des Betriebs der Einheit 19, die die Menge der zuzuführenden
Asche bestimmt, ausgibt. Befehle von der Steuerungseinheit 18 betätigen jeweils
die Ventile FIC-11, FIC-12 und FIC-13 sowie die Aschezufuhr-Steuerungseinheit 19.
-
Die
Infrarotkamera oder eine andere CCD-Industriekamera 15 kann
eine Temperaturverteilung erfassen. Der Standardwert wird durch
Vergleiche zwischen der Breite y, der Breite der Schlacke ein vorbestimmtes
Stück entfernt
vom Auslauf, sowie der Breite y des Auslaufs berechnet, und die relevanten
Daten für
die Steuerung werden jedesmal unter Verwendung des Standardwerts
erhalten. Die Schlackentemperatur wird auf Grundlage eines Farbsignals
erfasst.
-
Als
Nächstes
wird die Reihenfolge von Steuerungsoperationen unter Bezugnahme
auf die 2 erläutert.
-
Wie
es aus der 2(1) erkennbar ist, wird die
Temperatur der geschmolzenen Schlacke 25a von der CCD-Infrarotkamera 15 erhalten.
Dieser Wert wird mit einem Sollwert (d.h. einem Standardwert) verglichen.
Wenn erkannt wird, dass die Temperatur über einem vorgegebenen Wert
liegt, wird die Menge an Sauerstoff oder Brennstoff so eingestellt, dass
die Temperatur der Schlacke wieder ihren Sollwert einnimmt.
-
Wie
es in der 2(2) dargestellt ist, wird das
Oberflächengebiet
der geschmolzenen Schlacke 25a durch eine Integrationsverarbeitung
erhalten. Ihr Flussvolumen wird durch Beobachten von Änderungen
ihres Oberflächengebiets
im Verlauf der Zeit erfasst. Jeder Wert wird mit einem Sollwert
für das Oberflächengebiet
verglichen. Wenn keine Temperaturänderung der Schlacke vorliegt,
wird die Menge der zugeführten
Asche eingestellt. Sollte die Temperatur der Schlacke variieren,
werden die anhand der obigen 3(1) beschriebenen
Steuerungsmaßnahmen
realisiert, um die Temperatur im Ofen und diejenige der Schlacke
einzustellen. Auf diese Weise wird das Schlackenflussvolumen auf
den vorgegebenen Wert zurückgebracht.
-
Wie
es aus der 2(3) erkennbar ist, wird die
Verschiebung L der Schlacke über
eine Scanzeit t erfasst und dazu verwendet, die Geschwindigkeit des
Schlackenflusses zu erhalten. Dieser Wert wird mit einem Scanwert
verglichen. Wenn erkannt wird, dass die Flussgeschwindigkeit einen
vorgegebenen Wert überschritten
hat, werden die oben anhand der 2(1) und 2(2) beschriebenen Maßnahmen realisiert, um das
Volumen des der Luft zugesetzten Sauerstoffs und/oder die Menge
des Brennstoffs oder der zugeführten
Asche einzustellen. Auf diese Weise wird die Schlackenflussgeschwindigkeit
auf den vorgegebenen Wert zurückgebracht.
-
Die
vorstehenden Steuerungsmaßnahmen wirken
auch Schwankungen der Beladung entgegen, zu denen es durch die geschmolzenen
Schlacken 25a (d.h. durch Änderungen bei der Aschequalität) kommt,
und daher können
die Schlacken auf stabilere Weise ablaufen.
-
Der
Zusatz von Sauerstoff oder Luft, wie oben beschrieben, ermöglicht es,
dass die im Brenner 10 verwendete, mit Sauerstoff angereicherte
Luft die geeignete Sauerstoffkonzentration aufweist. Dies ermöglicht es,
eine höhere
Verbrennungstemperatur zu verwenden, als es bei Brennern gemäß der einschlägigen Technik
möglich
war, und es ist eine stabile Ausgabe der geschmolzenen Schlacken 25a gewährleistet.
-
Im
Gegensatz zur Weise, bei der bei Luftbrennern gemäß der einschlägigen Technik
das Beheizen kontrolliert wurde, erfolgt bei diesem System die Steuerung
durch den Zusatz von Sauerstoff. Dies ermöglicht es, dass der Brenner
mit einem kleineren Luftvolumen arbeitet und weniger Stickstoff
im Ofen erforderlich ist. Die Ergebnisse sind weniger thermisches
NOx und weniger Abgas, was sich in einer Verkleinerung der Anlage
und der Betriebskosten zum Verarbeiten von Abgas widerspiegelt.
-
Wenn
die Temperatur der Schlacke geeignet ist, kann ihr Flussvolumen
dadurch kontrolliert werden, dass die Menge der zugeführten Asche
eingestellt wird, und ihre Temperatur und die Flussgeschwindigkeit
können
dadurch kontrolliert werden, dass die Menge der durch den Brenner
erzeugten Wärme
auf einen geeigneten Wert eingestellt wird.
-
Die
Menge der durch den Brenner erzeugten Wärme kann dadurch eingestellt
werden, dass das Volumen des ihm zugeführten Brennstoffs, das zur Verbrennung
zugeführte
Luftvolumen oder das Volumen des der Luft zugesetzten Sauerstoffs
korrigiert wird. Wenn dies mit dem Verfahren verglichen wird, das
in der einschlägigen
Technik zum Einstellen der Wärme
verwendet wird, d.h. zum Erhöhen
der Brennstoffmenge oder des zur Verbrennung verwendeten Luftvolumens,
ist es erkennbar, dass ein Erhöhen des
Volumens des der Luft zugesetzten Sauerstoffs (und damit des Verringerns
des Stickstoffvolumens) den Effekt einer Verringerung des Gasvolumens
und einer Erhöhung
der Temperatur der Abgase hat. So wird ein kleineres Volumen von
Abgasen freigesetzt, und die Flamme des Brenners zeigt eine höhere Temperatur.
Beladungsschwankungen können prompt
berücksichtigt
werden, was zu einem stabileren und effizienteren Betrieb führt.
-
Da
ein geeignetes Einstellen des Volumens des der Luft zuzusetzenden
Sauerstoffs das Ergebnis einer Verringerung des Volumens des in
den Ofen gelangenden Stickstoffs hat, ergibt es sich, dass ein kleineres
Volumen an thermischem NOx freigesetzt wird.
-
Wenn
das Abgasvolumen verringert ist, können Vorerhitzer, Staubbeseitigungseinrichtungen
und Anlagen, die zum Behandeln von Abgas verwendet werden, um NOx
zu beseitigen, kleiner ausgebildet werden, wodurch auch Platz in
der Anlage gespart wird oder ihre Größe verkleinert wird.
-
Wenn
die erfasste Temperatur der Schlacke geeignet ist, kann ihr Flussvolumen,
wie es aus dem Oberflächengebiet
des Flusses pro Zeiteinheit berechnet wird, durch Kontrollieren
der durch den Brenner erzeugten Wärmemenge eingestellt werden.
-
Die
durch den Sauerstoffanreicherungs-Brenner erzeugte Wärme wird
dadurch kontrolliert, dass die Menge des ihm zugeführten Brennstoffs,
das Volumen der zum Herbeiführen
der Verbrennung verwendeten Druckluft oder das Volumen des dieser
Luft zugesetzten Sauerstoffs eingestellt wird. So ist ein kleineres
Gasvolumen erforderlich, und die Temperatur der Abgase steigt schnell
an. Es wird weniger Abgas freigesetzt, und die Flammentemperatur
kann schnell erhöht
werden.
-
Dies
erlaubt es, die Verbrennung effizienter herbeizuführen.
-
Die 1 zeigt
die Grundkonfiguration eines Ascheschmelzofens. In diesem Ascheschmelzofen befindet
sich eine Aschezuführeinheit 53 an
einem Ende des Hauptkörpers
des Ofens, und die Zuführöffnung 54 befindet
sich direkt darunter. Die Asche 50 wird über die
Zuführöffnung 54 zugeführt und
auf dem Boden 55 unter dieser abgelagert. Entlang dem geneigten
Boden 55 wird eine Ascheschicht 59 gebildet, und
es wird dafür
gesorgt, dass sich diese zum fernen Ende des Bodens bewegt. Der
Sauerstoffanreicherungs-Brenner 10, der in der Mittellinie
der Decke 56 oben am Brennerkörper installiert ist, erwärmt die
Asche an der Oberfläche
der Ascheschicht 59 und schmilzt sie auf. Die sich ergebende
geschmolzene Asche 25 sammelt sich als geschmolzene Schlacke
im Behälter 65,
der durch den Damm 53, eine Konstruktion am fernen Ende
des Bodens 55, gebildet ist, an. Die angesammelte geschmolzene Schlacke 25a läuft durch
die Auslauföffnung 20,
die sich im Zentrum des Damms 23 befindet, und sie tritt durch
die Ausgabeöffnung 57 aus.
-
Die 3 bis 6 zeigen
eine Anzahl von Ausführungsformen
von Ascheschmelzöfen,
bei denen Primär-
und Flugasche kombiniert werden, bevor sie geschmolzen werden.
-
Wie
es aus der 3 erkennbar ist, verfügt der Ascheschmelzofen 100 dieser
Ausführungsformen über eine
Primärasche-Zuführeinheit 531 mit
einer Zuführöffnung 531a,
einem Einlass am nahen Ende des Ofenkörpers über dem geneigten Boden 55;
eine Flugasche-Zuführeinheit 532 mit
einer Zuführöffnung 532a unmittelbar
hinter der Öffnung 531a;
einen Vorschieber 58, die Fördereinrichtung zum Fördern der
Asche, die unter der Zuführöffnung 532a den
Boden 55 entlang läuft;
eine Ausgabeöffnung 57,
den Auslass für
geschmolzene Asche 25 am fernen Ende des Ofenkörpers; und
einen Brenner 10, der an der Decke 56 des Ofenkörpers installiert ist.
-
Bei
der oben beschriebenen Konfiguration werden Flugasche 502 und
Primärasche 501 getrennt über zwei
Zuführöffnungen
zugeführt,
die hintereinander platziert sind. Flugasche 502 fällt in natürlicher
Weise zum Einlass zum Boden 55, und sie wird durch den
Vorschieber 58 den Boden entlang geschoben, um eine Flugascheschicht 502a zu
bilden. Wenn die Schicht 502a gebildet wird, fällt die darüber vorhandene
Primärasche 501 in
natürlicher Weise
von der Zuführöffnung 531a herunter.
Wenn die Flugascheschicht 502a vorwärts fließt, wird über ihr eine Primärascheschicht 501a ausgebildet.
Die zwei Schichten bewegen sich gemeinsam zum fernen Ende des Bodens 55.
-
Wenn
die kombinierte Ascheschicht zum fernen Ende des Bodens 55 läuft, wärmt die
Strahlungswärme
von der Flamme des Brenners 10 die Oberfläche der
Primärasche 501 in
der Schicht 501a und schmilzt sie. Die Flugasche 502 in
der unteren Schicht wird nicht direkt der Flamme des Brenners 10 ausgesetzt,
und sie wird auch nicht durch die Verbrennungsgase nach oben transportiert.
Vielmehr wird sie durch die Wärme
erwärmt
und geschmolzen, die durch Wärmeleitung
von der Primärasche 501 übertragen
wird, sowie durch die Wärme,
die direkt von der geschmolzenen Asche 25 übertragen
wird.
-
Die
Primärasche 501 und
die Flugasche 502 werden gemeinsam erwärmt, bis sie geschmolzene Asche 25 bilden.
Sie durchlaufen die Ausgabeöffnung 57 als
Schlacken, sie tropfen auf einen Förderer unter Wasserabschluss
unter der Öffnung,
und sie werden nach außen
ausgegeben.
-
Bei
der oben beschriebenen Konfiguration erfährt die Oberfläche der
Primärascheschicht 501a in
der Nähe
der Zuführöffnung 531a einen
Sintervorgang durch die Strahlungswärme der Flamme des Brenners 10.
Es kann eine Zerstoßungseinrichtung (nicht
dargestellt) vorhanden sein, die sich auf und ab bewegen kann, um
diese Sinterschicht zu zerbrechen.
-
Die
in der 4 dargestellte Vorrichtung ist eine Variante der
Ausführungsform
in der 3. An der Zuführöffnung für die Primärasche ist
im in der 3 dargestellten Ofen ein Schieber
vorhanden, der den Schüttwinkel
der Primärasche
sowie das Gemisch aus der Primär-
und der Flugasche einstellen kann.
-
Wie
es aus der 4 erkennbar ist, verfügt der Ascheschmelzofen 100 dieser
Ausführungsform über eine
Primärasche-Zuführeinheit 531 mit
einer Zuführöffnung 531a,
einem Einlass am nahen Ende des Ofenkörpers über dem geneigten Boden 55;
eine Flugasche-Zuführeinheit 532 mit
einer Zuführöffnung 532a unmittelbar
hinter der Öffnung 531a;
einen Vorschieber 58, die Fördereinrichtung zum Fördern der Asche,
die unter der Zuführöffnung 532a den
Boden 55 entlang läuft;
eine Ausgabeöffnung 57,
den Auslass für
geschmolzene Asche 25 am fernen Ende des Ofenkörpers; einen
Brenner 10, der an der Decke 56 des Ofenkörpers installiert
ist; und einen Schieber 79, der angehoben oder abgesenkt
werden kann, um die Höhe
H der Trennwand an der Primärasche-Zuführöffnung 531a einzustellen.
-
Ein
derartiger vertikaler Schieber 74, der mit dem Vorschieber 58 gekoppelt
ist, kann über
einen Mechanismus 74a angehoben oder abgesenkt werden,
um die Höhe
H der Trennwand einzustellen, die Primärasche 501 einlässt, wenn
verschiedne Aschetypen zu schmelzen sind. Dies ermöglicht es,
die Anteile der Primärasche 501 und
der Flugasche 502 einzustellen, wenn die Schichten 501a und 502a kombiniert
werden. Es ermöglicht
es auch, dass das Vorderende der Primärascheschicht 501a um
einen geeigneten Abstand entfernt von der Ausgabeöffnung 57 endet,
so dass aus der Öffnung
ein stabiler Fluss geschmolzener Asche 25 ausläuft.
-
Bei
dieser Ausführungsform
kann eine Primärascheschicht 501a,
wie sie für
einen Schmelzvorgang optimal ist, durch Einstellen der Schicht abhängig von
einer Änderung
ihres Schüttwinkels
ausgebildet werden. Dies erfolgt durch Einstellen des Schiebers 74 in
solcher Weise, dass die Höhe
H der Primärasche 501 einlassenden
Trennwand auf ein geeignetes Niveau eingestellt wird, und es werden
die Anteile der Primärasche 501 und
der Flugasche 502 im Gemisch optimiert. Auf diese Weise
können
die Primär-
und Flugasche gemeinsam geschmolzen werden, um eine stabile geschmolzene
Asche und einen stabilen Ablauf zu erzeugen.
-
Die 5 zeigt
eine andere Ausführungsform,
bei der Schraubenförderer
vorhanden sind, um sowohl die Primär- als auch die Flugasche zuzuführen.
-
Wie
es aus der 5 erkennbar ist, ist ein Schraubenförderer 72 mit
einstellbarer Geschwindigkeit vertikal entlang dem Pfad positioniert, über den die
Primärasche
in der Zuführeinheit 531 zugeführt wird.
Ein anderer Schraubenförderer 71 mit
einstellbarer Geschwindigkeit ist in der Zuführeinheit 535 entlang
der geneigten Fläche
des Bodens 55 auf der Einlassseite des Ofens in der Längsrichtung
ausgerichtet.
-
Bei
der oben beschriebenen Konfiguration werden Flugasche 502 und
Primärasche 501 über zwei
gesonderte Zuführeinheiten, 531 und 535 zugeführt, und
sie werden durch die Schraubenförderer 72 und 71 in
den Ofen gefördert.
Die Flugasche 502 wird durch den Schraubenförderer 71 dem
Boden 55 entlang gefördert,
um eine Flugascheschicht 502a zu bilden. Wenn die Schicht 502a ausgebildet
wird, wird die Primärasche 501 über ihr
durch den Schraubenförderer 72 von
der Zuführeinheit 531 in
den Ofen gefördert,
um auf der sich bewegenden Schicht aus Flugasche 502a eine
Primärascheschicht 501a zu bilden.
So wird auf dem Boden 55 eine zweilagige Ascheschicht gebildet,
die in diesem Zustand zum fernen Ende des Bodens 55 transportiert
wird.
-
Wenn
die oben beschriebene kombinierte Ascheschicht zum fernen Ende des
Bodens 55 läuft, erwärmt die
Strahlungswärme
von der Flamme des Brenners 10 die Oberfläche der
Primärasche 501 in der
Schicht 501a und schmilzt sie. Die Flugasche 502 in
der unteren Schicht ist nicht direkt der Flamme des Brenners 10 ausgesetzt,
und sie wird auch nicht durch die Verbrennungsgase nach oben transportiert.
Vielmehr wird sie durch die Wärme
erwärmt
und geschmolzen, die durch Leitung von der Primärasche 501 übertragen
wird, sowie durch die Wärme,
die von der geschmolzenen Asche 25 direkt übertragen
wird, genau wie bei der vorigen Ausführungsform.
-
Bei
dieser Ausführungsform
sind die Schraubenförderer 72 und 71 mit
einstellbarer Geschwindigkeit in der Versorgungseinheit 531 bzw. 535 vorhanden.
Die Drehzahl dieser Schraubenförderer
kann so eingestellt werden, dass für eine kontinuierliche Aschezufuhr
gesorgt wird. Dies ermöglicht
die Ausbildung einer stabilen Ascheschicht, und es wird ein stabiler
Schmelzprozess gewährleistet.
Es ist auch möglich,
die Mengen an Primär-
und Flugasche leicht einzustellen.
-
Die 6 zeigt
die Konfiguration einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Hier
ist zur vorigen Ausführungsform,
bei der Schraubenförderer
in den Zuführeinheiten
sowohl der Primär-
als auch der Flugasche vorhanden sind, ein Schieber zum Einstellen
des Schüttwinkels
der Asche und zum Ändern
der Anteile, gemäß denen
die Primär-
und die Flugasche kombiniert werden, hinzugefügt.
-
Wie
es aus der Zeichnung erkennbar ist, ist ein Schraubenförderer 72 mit
einstellbarer Geschwindigkeit vertikal in der Zuführeinheit 531 positioniert.
Ein anderer Schraubenförderer 71 mit
einstellbarer Geschwindigkeit ist entlang der geneigten Fläche des
Bodens 55 in der Zuführeinheit 535 vorhanden.
In der Zuführeinheit 531a ist
ein vertikaler Schieber 34 vorhanden, der angehoben und
abgesenkt werden kann, um die Höhe
H einzustellen, in der die Zuführeinheit
unterteilt wird.
-
Bei
dieser Konfiguration wird auf dem Boden 55 eine zweilagige
Schicht mit Flugasche 502 auf dem Boden und Primärasche 501 oben
ausgebildet. Da das Verfahren, durch das diese zweilagige Schicht
in Takt zum fernen Ende des Bodens 55 transportiert wird,
dasselbe ist, wie es bei der dritten Ausführungsform verwendet ist, ist
eine detaillierte Erörterung
desselben überflüssig. Bei
dieser Ausführungsform
kann der Schieber 74, der mit den Schraubenförderern 72 und 71 gekoppelt
ist, mittels eines Mechanismus 74a zum Ändern der Höhe H der Trennwand eingestellt
werden, um auf verschiedene Typen von Primärasche 501 zu reagieren.
Dadurch wird auch der Anteil eingestellt, gemäß dem die Primärasche 501 und
die Flugasche 502 zugeführt
werden, und es kann das Vorderende der Primärascheschicht 501a schließlich ein
geeignetes Stück
entfernt von der Ausgabeöffnung 57 liegen,
so dass ein stabiler Fluss geschmolzener Asche 25 aus der Öffnung ausläuft. Die
Geschwindigkeit der Schraubenförderer 72 und 71 mit
einstellbarer Geschwindigkeit in den Zuführeinheiten 531 und 535 kann
eingestellt werden, und die Höhe
H der Trennwand an der Zuführöffnung 531a kann
durch den Schieber 74 eingestellt werden, um leicht die
Menge zugeführter
Primärasche 501 und
Flugasche 502 zu steuern. Das Einstellen des Schüttwinkels,
des Winkels, unter dem die Asche zugeführt wird, ermöglicht es,
dass der Ofen auf verschiedene Aschetypen reagiert.
-
Bei
dieser Ausführungsform
wird dann eine untere Schicht auf Flugasche gebildet, an deren Oberseite
sich eine Schicht aus Primärasche
befindet. Dies führt
zu einer zweilagigen Ascheschicht im Ofen, wobei die Flugasche vollständig durch
Primärasche
bedeckt ist. Die Anteile der zwei Aschetypen in dieser Schicht können leicht
eingestellt werden, so dass die winzigen Flugascheteilchen nicht
direkt den Abgasen vom Brenner ausgesetzt sind. Dies beseitigt das
Problem eines größeren Anteils
an Flugasche, der mit den Abgasen nach außen entweicht.
-
Ferner
wird die Flugasche durch die Wärme, die
durch Wärmeleitung
von der Primärasche übertragen
wird, sowie die direkt von der geschmolzenen Asche übertragene
Wärme gleichmäßig geschmolzen.
-
Da
der Einlass für
die Primärasche
weiter vorne am Ofen liegt, und daher der Einlass für die Flugasche
unmittelbar dahinter liegt, wird die Primärasche auf der Oberseite der
Flugasche abgelagert. Es wird eine zuverlässige zweilagige Schicht ausgebildet,
bei der die Primär-
und die Flugasche deutlich getrennt sind.
-
Der
Einlass für
die Primärasche
ist vertikal über
dem nahen Ende des Bodens des Ofens ausgerichtet. Derjenige für die Flugasche
ist in der Längsrichtung
entlang der geneigten Fläche
des Bodens ausgerichtet. So kann eine Flugascheschicht gebildet
werden, die keine Unregelmäßigkeiten
zeigt, die den Fluss von Teilchen behindern würden. Eine derartige Schicht
kann gleichmäßig fließen, ohne
eine Wellenbildung zu erfahren.
-
Da
die aus gröberen
Teilchen bestehende Primärasche
auf der Flugasche abgelagert wird, wird im oberen Teil der relativ
glatten Flugascheschicht auf dem Boden des Ofens ein oberer Schichtfluss
erzeugt. Dieser erzeugt eine gut ausgebildete zweilagige Schicht,
in der die Primär-
und die Flugasche deutlich getrennt sind.
-
Da
mehrere Schraubenförderer
an mindestens einer Stelle, dem Einlass für die Flugasche, als Fördereinrichtungen
zum Fördern
der Asche in den Ofen vorhanden sind, kann die Menge an Flugasche im
zweilagigen Fluss so eingestellt werden, dass für ein geeignetes Verhältnis von
Primär-
zu Flugasche gesorgt ist. Dies ermöglicht es, eine solche Menge
an Flugasche zuzuführen,
dass die die Flugasche umschließende
Primärasche
zuverlässig
schmilzt.
-
Da
ein Schieber vorhanden ist, um die Höhe der Trennwand einzustellen,
wodurch die Menge der an den Einlass für die Primärasche zu liefernden Asche
bestimmt wird, ist es einfach, die Anteile von Primär- und Flugasche
im Gemisch einzustellen. Durch Einstellen des Schüttwinkels
für jeden
Typ von Primärasche
kann der Bediener gewährleisten,
dass das Vorderende der Primärasche
schließlich
ein geeignetes Stück
entfernt von der Ausgabeöffnung liegt.
Dies führt
zu einem stabilen Fluss geschmolzener Asche, die aus Primär- und Flugasche
besteht.
-
Durch
die in den Ansprüchen
dargelegten Merkmale ist ein Ascheschmelzofen zum Schmelzen eines
Gemischs aus Primärasche
und Flugasche geschaffen. Dieser Ascheschmelzofen kann verhindern,
dass sich die Flugasche beim Erhitzen in der Atmosphäre verteilt,
und er ermöglicht
ein effizientes Schmelzen der Flugasche mit der Primärasche.