EP0236298B1

EP0236298B1 - Verfahren und vorrichtung zur verbrennung fester und/oder flüssiger materialien

Info

Publication number: EP0236298B1
Application number: EP19850904448
Authority: EP
Inventors: Günther Förster; Wolfgang Dr. Taetzner; John V. Allen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1985-09-09
Publication date: 1990-01-17
Anticipated expiration: 2005-09-09
Also published as: WO1987001433A1; EP0236298A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung fester und/oder flüssiger Materialien, insbesondere Haus- oder Industriemüll in einem fluidisierten Granulatbett, das unter Luftzufuhr in der Brennkammer umgewälzt wird.
Es sind aus beispielsweise der EP-A-0 005 965 sowie der US-A-2 813 351 ein Verfahren zur Verbrennung von festen oder flüssigen Abfallmaterialien in einem fluidisierten Sandbett bekannt geworden, bei dem die Fluidisierung mittels in das Bett eingebrachter Luft erfolgt. Die u.a durch die vorstehend genannte Veröffentlichung bekannten Verbrennungsanlagen dieser Art haben einige erhebliche Nachteile. Einer der wesentlichsten Nachteile besteht in der ungenügenden Regulierbarkeft der Verbrennungsluft in Abhängigkeit von dem Sauerstoffbedarf bzw. den Wärmeinhaltsstoffen in dem Sinne, daß das Fluidbett zur Erhaltung der Fluidisierung und der Umwälzung einen bestimmten Mindestdurchsatz an Druckluft erfordert unabhängig von den verbrennungstechnischen Notwendigkeiten. Die Folge hiervon ist einerseits eine ständige übermäßige Abkühlung des Fluidbettes, die in vielen Fällen - etwa bei der Verbrennung von Hausmüll - zur Erhaltung der erforderlichen Verbrennungstemperatur eine Zusatzheizung erforderlich macht. Andererseits fällt auch unter dem Einfluß des großen Luftdurchsatzes die Abluft mit Temperaturen an, die eine technische Nutzung unter wirtschaftlichen Bedingungen nicht ermöglicht.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, das sich die Aschebestandteile homogen mit dem Fluidbettmaterial vermischen und - bei gleichzeitiger Aufgabe von frischem Bettmaterial - gemeinsam abgezogen werden müssen, wobei eine Trennung beider Bestandteile wegen ihrer sehr ähnlichen Korngrößenstruktur auch außerhalb der Anlage ebenfalls nicht ohne weiteres möglich ist. Das Material wird daher in den meisten Fällen als Verlustmaterial verworfen, was einen zusätzlichen Aufwand bedingt, zumal es sich bei den Fluidbett-Materialien um speziell für diesen Zweck nach Struktur und Korngröße ausgesuchte und daher teure Materialien handelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verbrennung fester und flüssiger Materialien, insbesondere Haushalts- und Industriemüll in der Wirbelschicht zurunde, die eine verbesserte Führung des Verbrennungsvorganges, insbesondere der Fluidbett- und Abgastemperaturen sowie des Ascheaustrages ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zur Verbrennung von Materialien in der Wirbelschicht geschaffen, durch das die Fluidisierung und die Regelung der Fluidbettumwälzungen mittels einer unabhängigen, d.h. weder von den Strömungsbedingungen der Luft beeinflußten noch die Verbrennung unmittelbar beeinflussenden Energie erfolgt, so daß die Luftzuführung ohne Rücksicht auf die Fluidisierungsbedingungen ausschließlich an den von der Verbrennung gestellten Anforderungen ausgerichtet werden kann. Es können somit die zugeführte Verbrennungsluftmenge optimal auf die Brennstoffgleichwerte des eingebrachten Materials eingestellt und die Bett- und Abgastemperaturen auf die erforderlichen oder gewünschten Werte geregelt werden, wodurch weiterhin einerseits eine Zusatzbeheizung während des laufenden Betriebes in praktisch allen Fällen entbehrlich und darüberhinaus andererseits die Möglichkeit zur Rückgewinnung der bei der Verbrennung anfallenden Wärme eröffnet wird.
Es hat sich schließlich als besonders vorteilhaftes Ergebnis der vorliegenden Erfindung gezeigt, daß durch die Fluidisierung des Granulatbettes mittels - hochfrequenter - Schwingungen erstmals eine unmittelbare Trennung der Bettmaterialien und der Aschebestandteile in verschiedene Schichten im Ofen und das getrennte Austragen der Asche aus dem Ofen ohne wesentliche Mitführung von Bettmaterial möglich ist, wobei es für die Trennung lediglich der entsprechenden Einstellung der Schwingung nach Wellenlänge, Amplitude und Frequenz in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht und der Korngröße der eingesetzten bzw. anfallenden Materialien bedarf. Es wird auf diese Weise eine wesentliche Verlängerung der Standzeit des eingesetzten Granulates und damit eine weitere Erhöhung der Wirtschaftlichkeit erzielt.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Wirbelschichtofens zur Müllverbrennung mit Schwingungsrost
Fig. 2 die schematische Darstellung eines Wirbelschichtofens zur Müllverbrennung mit Schwingungsinjektion über die Verbrennungsluft

Die in der Zeichnung wiedergegebene Vorrichtung zur Verbrennung fester oder flüssiger Materialien besteht aus einer Brennkammer 1 mit Rost 2, einer unterhalb des Rostes 2 gelegenen Luftzuführung 3 sowie weiteren im Bereich der Brennkammerwand bzw. Brennkammerdecke gelegenen Zuführungen 4, 5, 6, 7, über die das zu verbrennende Abfallmaterial und gegebenenfalls Sekundärluft in die Brennkammer eingeführt werden. Die gebildete Asche wird über den Austrag 8 und das gebildete Abgas über die Abgasabführung 9 - teilweise zur Vorwärmung der Primärluft im Gegenstrom zur Luftzuführungsleitung 3 - ausgetragen. Die eine der Brennkammerwände 11 ist unter Bildung einer Deflektorwand 12 eingezogen ausgebildet, in der die der Zuführung von Sekundärluft dienende Leitung 7 mündet. Das Granulatbett 13 dient als Verbrennungsvermittler.
Im Fall der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform sind der Rost 2 in voneinander schwingungsunabhängig angeordnete Sektoren 2A, 2B, 2C, 2D unterteilt und jeder Sektor mit einem unabhängig von den anderen regelbaren Schwinger 14 versehen, mit deren Hilfe die Sektoren des Rost in Schwingung versetzt und damit das Granulatbett 13 fluidisiert und umgewälzt werden. Es finden vorteilhaft hydraulische Impulsgeneratoren Anwendung, deren hervorragende Eignung darauf beruht, daß sie eine voneinander unabhängige Regelung von Frequenz, Wellenlänge und Amplitude der Schwingung ermöglichen.
Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform ist in jedem der zu dem Rost führenden Abzweige 3A, 3B, 3C des Luftzuführungskanals 3 ein Schwingungsgenerator 15, vorteilhaft ebenfalls ein hydraulischer Impulsgenerator angeordnet, mit deren Hilfe die zuströmende Verbrennungsluft - in den einzelnen Abzweigleitungen unabhängig voneinander regelbar - in pulsierende Schwingung versetzt werden. In den Luftzuführungskanälen 3A bis 3C ist unterhalb des Rostes eine Einrichtung zur Führung der Verbrennungsluft vorgesehen, mit deren Hilfe die in das Bett 13 einströmende Luft nach Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung gesteuert werden kann. Sie besteht im dargestellten Beispiel aus einem Profilstabrost 16, dessen Stäbe sich parallel zu den Schlitzen des Rostes 2 erstrecken und einzeln senkrecht zur Rostebene verstellbar sind.
Es sind schließlich an der der Umführung des Fluidbettes dienenden Deflektorwand 12 und in dem in der Deflektorwand 12 mündenden Luftzuführungskanal 7 jeweils ein weiterer hydraulischer Impulsgeber 17, 18 angeordnet, mit deren Hilfe zur weiteren Regelung der Bettumwälzung bzw. Materialtrennung die Deflektorwand selbst oder die dem Fluidbett zuströmende Sekundärluft in Schwingung versetzt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Verbrennung fester und/oder flüssiger Materialien, insbesondere Haus- oder Industriemüll in einem fluidisierten Granulatbett, das unter Luftzufuhr in einer Brennkammer umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung des Granulatbettes sowie dessen Regulierung, mit Hilfe der in pulsierende Schwingung versetzten Verbrennungsluft erfolgt derart, daß die Verbrennungsluft in mehrere, unterschiedlichen Zonen des Rostes zugeführte Ströme geteilt und die Ströme einzeln mittels eines mechanischen, elektrischen oder elektromagnetischen Schwingungserzeugers in Pulsation versetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabe der Verbrennungsmaterialien getrennt in Abhängigkeit von ihrer Verbrennungswärme über voneinander unabhängige, in unterschiedlichen Brennkammerebenen gelegene Zuführungen erfolgt derart, das die Materialien mit niedrigen Verbrennungswärmewerten in hochgelegenen Brennkammerebenen und die Materialien mit höheren Verbrennungswärmewerten in tieferliegenden Brennkammerebenen bis unmittelbar in der Ebene des fluidisierten Granulatbettes aufgegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung und die Fluidbettregulierung mit Hilfe von einem oder mehreren hydraulischen Impulsgeneratoren erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bettregulierung über eine Brennkammerwand, beispielsweise eine Deflektorplatte oder eine Deflektorwand ergänzend Schwingungen direkt in die Brennkammer eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das die Bettregulierung durch seitliche Einführung von in Schwingung versetzter Sekundärluft in die Brennkammer erfolgt.

6. Vorrichtung zur Verbrennung fester oder flüssiger Materialien nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer Brennkammer mit Rost, einer unterhalb des Rostes gelegenen Luftzuführung sowie weiteren im Bereich der Brennkammerwand bzw. Brennkammerdecke gelegenen Zuführungen, über die das Verbrennungsmaterial und gegebenenfalls Sekundärluft in die Brennkammer eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß von der unterhalb des Rostes gelegenen Luftzuführung (3) zu unterschiedlichen Verbrennungszonen führende Abzweigleitungen (3A, 3B, 3C) vorgesehen sind, in denen oder in deren Strahlungsweg jeweils ein mechanisch, elektrisch oder elektromagnetisch, betätigter Schwinger oder mehrere derartige Schwinger (15) angeordnet ist (sind), mit dessen (deren) Hilfe die zuströmende Verbrennungsluft in pulsierende Schwingung versetzt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das der Rost (3) in voneinander schwingungsunabhängig angeordnete Sektoren (3A, 3B, 3C, 3D) unterteilt und jeder Sektor mit einem unabhängig von den anderen regelbaren Schwinger (14), vorteilhaft hydraulischen Impulsgeneratoren versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der (den) Luftzuführungskammer(n) unterhalb des Rostes (3) eine Einrichtung (16) zur Führung der Verbrennungsluft vorgesehen ist, mit deren Hilfe die in das Sandbett einströmende Luft nach Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung gesteuert werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Führung der Verbrennungsluft von einem Rohr- oder Profilstabrost gebildet ist, dessen Rohre bzw. Stäbe (16) sich parallel zu den Schlitzen des Rostes (2) erstrecken und der in seiner Gesamtheit senkrecht zur Rostebene verstellbar und um eine sich parallel zu den Roststäben erstreckende Achse schwenkbar in der Luftzuführungskammer angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Umführung des Fluidbettes dienenden Deflektorplatte bzw. der Deflektorwand (12) und/oder in dem in der Deflektorplatte bzw. Deflektorwand mündenden Luftzuführungskanal (7) ein hydraulischer Impulsgeber (17, 18) angeordnet ist, mit dessen (deren) Hilfe die dem Fluidbett zuströmende Sekundärluft und/oder die Deflektorplatte bzw. Deflektorwand (12) in Schwingung versetzt wird.