EP0033356B1 - Vorrichtung zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen - Google Patents

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EP0033356B1
EP0033356B1 EP80105108A EP80105108A EP0033356B1 EP 0033356 B1 EP0033356 B1 EP 0033356B1 EP 80105108 A EP80105108 A EP 80105108A EP 80105108 A EP80105108 A EP 80105108A EP 0033356 B1 EP0033356 B1 EP 0033356B1
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EP
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fluidized bed
combustion
combustion chamber
substances
cooling surfaces
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Rolf Noack
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Deutsche Babcock AG
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Deutsche Babcock AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/12—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of plastics, e.g. rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/30—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed

Definitions

  • the invention relates to a device for burning substances with difficultly burning components and / or a high content of volatile components and / or substances that tend to stick when heated, in a fluidized bed and a combustion chamber downstream of the fluidized bed.
  • Substances that have the properties mentioned above individually or in combination are, for. B. 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.
  • CH-A-577144 describes a two-stage process for burning inferior fuels, in which these fuels are initially gasified in a fluidized bed by supplying combustion air in substoichiometric amounts and then burned in a combustion chamber above the fluidized bed while supplying the remaining combustion air will.
  • a temperature of 900 ° C is maintained.
  • the combustion air supplied to the fluidized bed is mixed with hot flue gases from the combustion chamber.
  • the combustion or partial combustion in the fluidized bed made of a granular, inert material achieves very high volume-related outputs which can be attributed to the high heat and mass transfer numbers in 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 constituents which are difficult to burn out.
  • substances are e.g. For example, to view plastics, the combustion of which produces soot or certain hydrocarbons that only completely burn out at high temperatures and a sufficient dwell time at these temperatures.
  • the invention has for its object to provide a device to completely burn out substances with difficultly burning components and / or a high content of volatile components and / or substances that tend to stick when heated, temperature and residence time conditions adapted to the special requirements to be able to.
  • the fluidized bed is initially connected to a settling chamber, which passes directly into the combustion chamber, that a constriction is provided between the two, in which nozzles are arranged and that the combustion air of the fluidized bed is arranged via an air box below the fluidized bed and can be fed to the combustion chamber via the nozzles in such a ratio that the temperature in the combustion chamber is kept above an intended minimum temperature.
  • This device 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 high this amount is 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 becomes too hot, heat is extracted from it by 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 device 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.
  • the proposed constriction of the device according to the invention 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 heat radiation from the combustion chamber into the calming space is reduced.
  • 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, for. B. serves for the combustion of plastic waste, which tend to form soot during combustion, or which contain other components that only completely burn out at high temperature and 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 In its lower part, the reactor 1 has a fluidized bed 2, which is maintained above an inflow floor 3. Below the inflow floor 3 there is an air box 4 into which primary combustion air is fed through a line 5. The plastic waste is fed into the fluidized bed 2 through a side shaft 6.
  • the soot particles and other gases that contain difficult-to-burn components emerge from the fluidized bed 2 at a temperature of approximately 650 ° C. and enter a settling chamber 7, which is provided above the fluidized bed 2 inside the reactor 1 and has a larger cross section than the fluidized bed 2.
  • the calming space 7 serves to largely avoid the entrainment of solid particles from the fluidized bed 2 by the gases.
  • 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.
  • Nozzles 10 are guided through the constriction 9 and are supplied with secondary combustion air from a ring line 11 surrounding the reactor 1.
  • the combustion chamber 8 is connected to a waste heat boiler 13 via a fire-resistant lined pipeline 12.
  • the waste heat boiler 13 is designed as a flue gas duct and contains a plurality of heat exchangers 14, which are only indicated schematically. After their heat has been released, the cooled gases leave the waste heat boiler 13 from its lower part.
  • Cooling surfaces are provided in the fluidized bed 2. These cooling surfaces can be designed as a pull-out tube bundle 15. In this way, the size of the cooling surfaces can be adapted to the heat available in the fluidized bed 2.
  • 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.
  • the combustion chamber 8 is supplied with such a proportion of combustion air through the nozzles 10 that a minimum temperature is set which is sufficient for the combustion of the gas emerging from the fluidized bed 2, including the difficultly burning components contained therein.
  • the remaining portion of the stoichiometric combustion air is blown into the fluidized bed 2 through the inflow floor 3.
  • Part of the heat is removed from the fluidized bed 2 by the cooling medium flowing in the tube bundle 15. The heat removal depends on the ratio between the primary combustion air and the fuel.
  • the minimum temperature in the combustion chamber 8 is set via the heat dissipation in the fluidized bed 2 and thus ultimately via the primary air / fuel ratio in the fluidized bed 2. Due to the possibility of exchanging the tube bundle 15, the burning behavior and the heat development of the different substances can be taken into account.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen und/oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und/oder Stoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen, in einer Wirbelschicht und einer der Wirbelschicht nachgeschalteten Brennkammer.
  • 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.
  • In der CH-A-577144 ist ein zweistufiges Verfahren zum Verbrennen von minderwertigen Brennstoffen beschrieben, bei dem diese Brennstoffe zunächst durch Zufuhr von Verbrennungsluft in unterstöchiometrischer Menge in einer Wirbelschicht im wesentlichen vergast und dann unter Zufuhr der restlichen Verbrennungsluft in einem Verbrennungsraum oberhalb der Wirbelschicht verbrannt werden. Dabei wird mit Rücksicht auf einen optimalen Ablauf des Vergasungsvorganges in der Wirbelschicht eine Temperatur von 900°C eingehalten. Um diese Temperatur zu erzielen, wird die der Wirbelschicht zugeführte Verbrennungsluft mit heißen Rauchgasen aus dem Verbrennungsraum vermischt.
  • Bei einem aus der CH-A-440 527 bekannten Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm in einem Wirbelschichtofen wird ein Teil der Verbrennungsluft der Wirbelschicht zugeführt, um den Schlamm zu trocknen und zu zünden. Die dabei entweichenden flüchtigen Bestandteile und der ausgeworfene, in Staubform zerfallene Klärschlamm werden durch Zufuhr des Hauptteiles der Verbrennungsluft in den Raum oberhalb der Wirbelschicht verbrannt. Dabei wird in diesem Bereich eine Temperatur von 800°C eingehalten, während die Temperatur in der Wirbelschicht bei 500° C liegen soll.
  • Durch die Verbrennung oder Teilverbrennung in dem Wirbelbett aus einem körnigen, inerten Material werden sehr hohe volumenbezogene Leistungen erzielt, die auf die hohen Wärme-und Stoffübergangszahlen in der Wirbelschicht zurückzuführen sind. Eine Wirbelschichtfeuerung kann aber 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 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.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wirbelschicht zunächst ein Beruhigungsraum nachgeschaltet ist, der unmittelbar in die Brennkammer übergeht, daß zwischen beiden eine Einschnürung vorgesehen ist, in der Düsen angeordnet sind und daß die Verbrennungsluft der Wirbelschicht über einen unterhalb der Wirbelschicht angeordneten Luftkasten und der Brennkammer über die Düsen in einem solchen Verhältnis zuführbar ist, daß die Temperatur in der Brennkammer oberhalb einer vorgesehenen Mindesttemperatur gehalten ist.
  • Diese Vorrichtung 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 auf Grund 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 die erfindungsgemäße Vorrichtung 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.
  • Die vorgesehene Einschnürung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient 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. Ferner wird die Wärmestrahlung aus der Brennkammer in den Beruhigungsraum verringert. Dadurch läßt sich die geforderte Mindesttemperatur und eine ausreichende Verweilzeit einhalten, die zur vollständigen Verbrennung des Rußes und der anderen schwer ausbrennenden Bestandteile in der Brennkammer erforderlich sind. 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.
  • 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.
  • 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.
  • Durch die Umsetzung der Kunststoffabfälle mit der eingeblasenen Verbrennungsluft erfolgt innerhalb der Wirbelschicht 2 eine Schwelung bzw. eine Teilverbrennung. 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.
  • 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 Verbrennungsluft versorgt werden. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen und/ oder einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und/oder Stoffen, die beim Erwärmen zum Verkleben neigen, in einer Wirbelschicht (2) und in einer der Wirbelschicht (2) nachgeschalteten Brennkammer (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschicht (2) zunächst ein Beruhigungsraum (7) nachgeschaltet ist, der unmittelbar in die Brennkammer (8) übergeht, daß zwischen beiden eine Einschnürung (9) vorgesehen ist, in der Düsen (10) angeordnet sind und daß die Verbrennungsluft der Wirbelschicht (2) über einen unterhalb der Wirbelschicht (2) angeordneten Luftkasten (4) und der Brennkammer (8) über die Düsen (10) in einem solchen Verhältnis zuführbar ist, daß die Temperatur in der Brennkammer (8) oberhalb einer vorgesehenen Mindesttemperatur gehalten ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirbelschicht (2) Kühlflächen vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen als herausziehbares Rohrbündel (15) ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) mit Kühlflächen versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) feuerfest ausgekleidet ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) über eine feuerfest ausgekleidete Rohrleitung (12) mit einem Abhitzekessel (13) verbunden ist.
EP80105108A 1980-01-30 1980-08-28 Vorrichtung zum Verbrennen von Stoffen mit schwer ausbrennenden Bestandteilen Expired EP0033356B1 (de)

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