EP0033356A1 - Device for the combustion of materials containing low-combustibility ingredients - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and an associated device for burning substances with difficultly burning components and / or a high content of volatile components and / or substances which tend to stick when heated, in a fluidized bed.
- Substances that have the above-mentioned properties individually or in combination are e.g. certain plastics, the combustion of which is difficult due to these properties.
- burning substances with a high proportion of volatile components unburned material escapes from the fluidized bed. The heat released by the combustion cannot therefore be completely absorbed by the fluidized bed.
- a fluidized bed combustion can only be operated at relatively low temperatures of around 700 to 800 ° C., so that it is not readily suitable for the combustion of substances which contain components which are difficult to burn out.
- substances are, for example, plastics, when they are burned R USS or some hydrocarbons are formed, which completely burn out only at high temperatures and a sufficient residence time at these temperatures.
- the invention has for its object to provide a method and an associated device to substances with difficult to burn out components and / or a high content of volatile components and / or substances that tend to stick when heated, adapted to the special requirements - and to be able to completely burn out residence time conditions.
- This object is achieved in that the combustion is carried out in the fluidized bed and in a combustion chamber downstream of the fluidized bed and in that the combustion air required for this is distributed to the fluidized bed and the combustion chamber in such a way that such part of the heat released is dissipated that in the combustion chamber does not fall below a specified minimum temperature.
- the heat is preferably extracted from the fluidized bed.
- This method is suitable for burning all the components which must be subjected to a certain minimum temperature in order to be fully implemented.
- This temperature is set in the combustion chamber by adding the combustion air required for this. How much this amount is calculated on the basis of a step heat balance from the gross composition and the calorific values of the substances to be burned.
- the rest of the combustion air is fed into the fluidized bed. If the fluidized bed gets too hot, it will go through Extracted heat from cooling surfaces.
- the amount of heat to be dissipated in the fluidized bed and thus the size of the cooling surfaces depends on the fuel composition and the proportion of the total combustion air which is introduced into the fluidized bed as primary air.
- the method according to the invention is particularly suitable for the combustion of plastics which tend to stick when heated. These are enveloped in the fluidized bed by the inert material so that the material particles do not stick together and clump together.
- a device which is characterized in that one e.g. a sedimentation chamber is connected downstream of sand and flows directly into a combustion chamber and that a constriction is provided between the two, in which nozzles for the supply of combustion air are arranged.
- the constriction serves two purposes. First, it serves as a mixing section for the gas leaving the fluidized bed and the secondary combustion air. The acceleration of the gas creates relative speeds between the gas and any soot particles present, which improves the combustion.
- the constriction therefore has the function of a burner in this case.
- the constriction also has the task of largely preventing heat radiation from the combustion chamber into the calming room. In this way, the required minimum temperature and a sufficient dwell time are required, which are required for the complete combustion of the soot and other difficult-to-burn components in the combustion chamber. In addition, the advantages inherent in the fluidized bed remain obtained, so that a small combustion unit with high performance is created.
- FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below.
- the drawing shows schematically a longitudinal section through a device according to the invention.
- the device shown has a reactor 1 which e.g. is used to incinerate plastic waste which tends to produce soot during incineration or which contains other constituents which only completely burn out at high temperature and with a sufficient dwell time.
- the reactor 1 can also be used for the combustion of substances with a high proportion of volatile constituents and of substances which tend to stick when heated.
- the reactor 1 has a combustion chamber 8 above the calming chamber 7, in which the gases leaving the fluidized bed are completely combusted.
- a constriction 9 is provided between the calming space 7 and the combustion chamber 8 within the reactor 1.
- the constriction 9 leads to nozzles 10, which are supplied with secondary combustion air from a ring line 11 surrounding the reactor 1.
- the combustion chamber 8 is lined fireproof in the present case. If necessary, provision can also be made to surround the combustion chamber 8 with cooling tubes. Then the cooling surfaces in the fluidized bed 2 can be omitted.
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Abstract
Das Verfahren dient zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen und/oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und/oder von Stoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen. Die Verbrennung wird in einer Wirbelschicht und einer der Wirbelschicht nachgeschalteten Brennkammer durchgeführt. Die erforderliche Verbrennungsluft wird derart auf die Wirbelschicht und die Brennkammer verteilt und dabei ein solcher Teil der frei werdenden Wärme abgeführt, daß in der Brennkammer eine vorgesehene Mindesttemperatur nicht unterschritten wird. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, bei der der Wirbelschicht (2) ein Beruhigungsraum (7) nachgeschaltet ist, der unmittelbar in die Brennkammer (8) übergeht. Zwischen Beruhigungsraum (7) und Brennkammer (8) ist eine Einschnürung (9) vorgesehen, in der Düsen (10) in die Zuführung von Verbrennungsluft angeordnet sind.The method is used to burn substances with difficultly burning components and / or a high content of volatile components and / or substances that tend to stick when heated. The combustion is carried out in a fluidized bed and in a combustion chamber downstream of the fluidized bed. The required combustion air is distributed to the fluidized bed and the combustion chamber in such a way that such a part of the heat released is dissipated that the temperature in the combustion chamber does not fall below a specified minimum. To carry out the method, a device is used in which the fluidized bed (2) is followed by a settling chamber (7) which merges directly into the combustion chamber (8). A constriction (9) is provided between the calming chamber (7) and the combustion chamber (8), in which nozzles (10) are arranged in the supply of combustion air.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazu gehörende Vorrichtung zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen und/oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und/oder Stoffen, die beim Erwärmen zur Verkleben neigen, in einer Wirbelschicht.The invention relates to a method and an associated device for burning substances with difficultly burning components and / or a high content of volatile components and / or substances which tend to stick when heated, in a fluidized bed.
Stoffe, die die eingangs genannten Eigenschaften einzeln oder in Kombination aufweisen sind z.B. gewisse Kunststoffe, deren Verbrennung aufgrund dieser Eigenschaften Schwierigkeiten bereitet. Bei der Verbrennung von Stoffen mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen entweicht Unverbranntes aus der Wirbelschicht. Die durch die Verbrennung frei werdende Wärme kann daher nicht vollständig von der Wirbelschicht aufgenommen werden. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, die unverbrannten Bestandteile durch Zuführung von weiterer Luft oberhalb der Wirbelschicht nachzuverbrennen.Substances that have the above-mentioned properties individually or in combination are e.g. certain plastics, the combustion of which is difficult due to these properties. When burning substances with a high proportion of volatile components, unburned material escapes from the fluidized bed. The heat released by the combustion cannot therefore be completely absorbed by the fluidized bed. In this context, it is known to afterburn the unburned constituents by supplying additional air above the fluidized bed.
Durch eine Verbrennung oder eine Teilverbrennung in einem Wirbelbett aus einem körnigen, inertem Material werden sehr hohe volumenbezogene Leistungen erzielt, die auf die hohen Wärme- und Stoffübergangszahlen in der Wirbelschicht zurückzuführen sind. Eine Wirbelschichtfeuerung kann je nach den Eigenschaften der Asche und des inerten Materials nur bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen von etwa 700 bis 800°C betrieben werden, so daß sie nicht ohne weiteres für die Verbrennung von Stoffen geeignet ist, die Schwer ausbrennende Bestandteile enthalten. Als solche Stoffe sind z.B. Kunststoffe anzusehen, bei deren Verbrennung Ruß oder gewisse Kohlenwasserstoffe entstehen, die nur bei hohen Temperaturen und einer ausreichenden Verweilzeit bei diesen Temperaturen vollständig ausbrennen.By combustion or partial combustion in a fluidized bed made of a granular, inert material, very high volume-related outputs are achieved, which are due to the high heat and mass transfer numbers in the fluidized bed. Depending on the properties of the ash and the inert material, a fluidized bed combustion can only be operated at relatively low temperatures of around 700 to 800 ° C., so that it is not readily suitable for the combustion of substances which contain components which are difficult to burn out. Such substances are, for example, plastics, when they are burned R USS or some hydrocarbons are formed, which completely burn out only at high temperatures and a sufficient residence time at these temperatures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazu gehörende Vorrichtung zu schaffen, um Stoffe mit schwer ausbrennenden Bestandteilen und/oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und /oder Stoffe, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen, unter den speziellen Erfordernissen angepaßten Temperatur- und Verweilzeitbedingungen vollständig ausbrennen zu können.The invention has for its object to provide a method and an associated device to substances with difficult to burn out components and / or a high content of volatile components and / or substances that tend to stick when heated, adapted to the special requirements - and to be able to completely burn out residence time conditions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbrennung in der Wirbelschicht und in einer der Wirbelschicht nachgeschalteten Brennkammer durchgeführt wird und daß die dazu erforderliche Verbrennungsluft derart auf die Wirbelschicht und die Brennkammer verteilt und dabei ein solcher Teil der frei werdenden Wärme abgeführt wird, daß in der Brennkammer eine vorgesehene Mindesttemperatur nicht unterschritten wird. Vorzugsweise wird dabei die Wärme der Wirbelschicht entzogen.This object is achieved in that the combustion is carried out in the fluidized bed and in a combustion chamber downstream of the fluidized bed and in that the combustion air required for this is distributed to the fluidized bed and the combustion chamber in such a way that such part of the heat released is dissipated that in the combustion chamber does not fall below a specified minimum temperature. The heat is preferably extracted from the fluidized bed.
Dieses Verfahren ist dazu geeignet, alle die Bestandteile zu verbrennen, die zu ihrer vollständigen Umsetzung einer bestimmten Mindesttemperatur unterworfen sein müssen. Diese Temperatur wird in der Brennkammer eingestellt, indem dort die dazu erforderliche Verbrennungsluft zugesetzt wird. Wie hoch diese Menge ist, errechnet sich aufgrund einer Stufen-Wärmebilanz aus der Bruttozusammensetzung und den Heizwerten der zu verbrennenden Stoffe. Der restliche Anteil der Verbrennungsluft wird der Wirbelschicht zugeführt. Wird dabei die Wirbelschicht zu heiß, so wird ihr durch Kühlflächen Wärme entzogen. Die Höhe der in der Wirbelschicht abzuführenden Wärmemenge und damit die Größe der Kühlflächen hängt ab von der Brennstoffzusammensetzung und dem Anteil der gesamten Verbrennungsluft, der als Primärluft in die Wirbelschicht eingebracht wird. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonderer Weise für die Verbrennung von Kunststoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen. Diese werden in der Wirbelschicht von dem inerten Material umhüllt, so daß die Stoffteilchen nicht miteinander verkleben und verklumpen.This method is suitable for burning all the components which must be subjected to a certain minimum temperature in order to be fully implemented. This temperature is set in the combustion chamber by adding the combustion air required for this. How much this amount is calculated on the basis of a step heat balance from the gross composition and the calorific values of the substances to be burned. The rest of the combustion air is fed into the fluidized bed. If the fluidized bed gets too hot, it will go through Extracted heat from cooling surfaces. The amount of heat to be dissipated in the fluidized bed and thus the size of the cooling surfaces depends on the fuel composition and the proportion of the total combustion air which is introduced into the fluidized bed as primary air. In addition, the method according to the invention is particularly suitable for the combustion of plastics which tend to stick when heated. These are enveloped in the fluidized bed by the inert material so that the material particles do not stick together and clump together.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einer z.B. aus Sand aufgebauten Wirbelschicht ein Beruhigungsraum nachgeschaltet ist, der unmittelbar in eine Brennkammer übergeht und daß zwischen den beiden eine Einschnürung vorgesehen ist, in der Düsen für die Zuführung von Verbrennungsluft angeordnet sind. Die Einschnürung erfüllt zwei Aufgaben. Zunächst dient sie als Mischstrecke für das die Wirbelschicht verlassende Gas und die sekundäre Verbrennungsluft. Dabei entstehen durch die Beschleunigung des Gases Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Gas und etwa vorhandenen Rußpartikeln, was die Verbrennung verbessert. Die Einschnürung hat daher in diesem Fall die Funktion eines Brenners.To carry out this method, a device is proposed which is characterized in that one e.g. a sedimentation chamber is connected downstream of sand and flows directly into a combustion chamber and that a constriction is provided between the two, in which nozzles for the supply of combustion air are arranged. The constriction serves two purposes. First, it serves as a mixing section for the gas leaving the fluidized bed and the secondary combustion air. The acceleration of the gas creates relative speeds between the gas and any soot particles present, which improves the combustion. The constriction therefore has the function of a burner in this case.
Die Einschnürung hat weiterhin die Aufgabe, die Wärmestrahlung aus der Brennkammer in den Beruhigungsraum weitgehend zu unterbinden. Auf diese Weise sind die geforderte Mindesttemperatur und eine ausreichende Verweilzeit einzuhalten, die zur vollständigen Verbrennung des Rußes und der anderen schwer ausbrennenden Bestandteile in der Brennkammer erforderlich sind. Darüber hinaus bleiben die der Wirbelschicht eigenen Vorteile erhalten, so daß insgesamt eine kleine Verbrennungseinheit mit großer Leistung entsteht.The constriction also has the task of largely preventing heat radiation from the combustion chamber into the calming room. In this way, the required minimum temperature and a sufficient dwell time are required, which are required for the complete combustion of the soot and other difficult-to-burn components in the combustion chamber. In addition, the advantages inherent in the fluidized bed remain obtained, so that a small combustion unit with high performance is created.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung stellt schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below. The drawing shows schematically a longitudinal section through a device according to the invention.
Die dargestellte Vorrichtung weist einen Reaktor 1 auf, der z.B. zur Verbrennung von Kunststoffabfällen dient, die bei der Verbrennung zur Rußbildung neigen, oder die andere Bestandteile enthalten, die nur bei hoher Temperatur und ausreichender Verweilzeit vollständig ausbrennen. Der Reaktor 1 kann auch für die Verbrennung von Stoffen mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen sowie von Stoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen, eingesetzt werden.The device shown has a
In seinem unteren Teil weist der Reaktor 1 eine Wirbelschicht 2 auf, die oberhalb eines Anströmbodens 3 aufrecht erhalten wird. Unterhalb des Anströmbodens 3 befindet sich ein Luftkasten 4, in den durch eine Leitung 5 primäre Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Kunststoffabfälle werden durch einen seitlichen Schacht 6 in die Wirbelschicht 2 eingespeist.In its lower part, the
Durch die Umsetzung der Kunststoffabfälle mit der eingeblasenen Verbrennungsluft erfolgt innerhalb der Wirbelschicht 2 eine Schwelung bzw. eine Teilverbrennung.As a result of the implementation of the plastic waste with the blown-in combustion air, smoldering or partial combustion takes place within the fluidized
Die Rußpartikel und andere schwer ausbrennende Bestandteile enthaltenden Gase treten mit einer Temperatur von etwa 650°C aus der-Wirbelschicht 2 aus und gelangen in einen Beruhigungsraum 7, der oberhalb der Wirbelschicht 2 innerhalb des Reaktors 1 vorgesehen ist und der einen größeren Querschnitt aufweist als die Wirbelschicht 2. Der Beruhigungsraum 7 dient dazu, das Mitreißen von Feststoffpartikeln aus der Wirbelschicht 2 durch die Gase weitgehend zu vermeiden.The soot particles and other gases that contain hard-to-burn components emerge from the fluidized
Der Reaktor 1 weist oberhalb des Beruhigungsraumes 7 eine Brennkammer 8 auf, in der die die Wirbelschicht verlassenden Gase vollständig verbrannt werden. Zwischen dem Beruhigungsraum 7 und der Brennkammer 8 ist innerhalb des Reaktors 1 eine Einschnürung 9 vorgesehen. Durch die Einschnürung 9 sind Düsen 10 geführt, die aus einer den Reaktor 1 umgebenden Ringleitung 11 mit sekundärer Verbrennnungsluft versorgt werden.The
Die Brennkammer 8 ist über eine feuerfest ausgekleidete Rohrleitung 12 mit einem Abhitzekessel 13 verbunden. Der Abhitzekessel 13 ist als Rauchgaszug ausgebildet und enthält mehrere, nur schematisch angedeutete Wärmetauscher 14. Nach ihrer Wärmeabgabe verlassen die gekühlten Gase den Abhitzekessel 13 aus dessen unteren Teil.The
In der Wirbelschicht 2 sind Kühlflächen vorgesehen. Diese Kühlflächen können als herausziehbarer Rohrbündel 15 ausgebildet sein. Auf diese Weise läßt sich die Größe der Kühlflächen dem Wärmeangebot in der Wirbelschicht 2 anpassen.Cooling surfaces are provided in the fluidized
Die Brennkammer 8 ist im vorliegenden Fall feuerfest ausgekleidet. Im Bedarfsfalle kann auch vorgesehen werden, die Brennkammer 8 mit Kühlrohren zu umgeben. Dann können die Kühlflächen in der Wirbelschicht 2 entfallen.The
Durch die Düsen 10 wird der Brennkammer 8 ein solcher Anteil an Verbrennungsluft zugeführt, daß sich eine Mindesttemperatur einstellt, die zur Verbrennung des aus der Wirbelschicht 2 austretenden Gases einschließlich der in ihm enthaltenen schwer ausbrennenden Bestandteile ausreicht. Der restliche Anteil der stöchiometrischen Verbrennungsluft wird durch den Anströmboden 3 in die Wirbelschicht 2 eingeblasen. Durch das in dem Rohrbündel 15 strömende Kühlmedium wird der Wirbelschicht 2 ein Teil der Wärme entzogen. Die Wärmemengenabfuhr hängt von dem Verhältnis zwischen Primärverbrennungsluft-und - Brennstoff ab. über die Wärmeabfuhr in der Wirbelschicht 2 und damit letztlich über das Primärluft-Brennstoff-Verhältnis in der Wirbelschicht 2 wird die Mindesttemperatur in der Brennkammer 8 eingestellt. Durch die Austauschmöglichkeit des Rohrbündels 15 kann dem Brennverhalten und der Wärmeentwicklung der unterschiedlichen Stoffe Rechnung getragen werden.Such a proportion of combustion air is fed through the
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