EP0326817A2 - Anlage zum Verschwelen von Abfallstoffen - Google Patents

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EP0326817A2
EP0326817A2 EP19890100361 EP89100361A EP0326817A2 EP 0326817 A2 EP0326817 A2 EP 0326817A2 EP 19890100361 EP19890100361 EP 19890100361 EP 89100361 A EP89100361 A EP 89100361A EP 0326817 A2 EP0326817 A2 EP 0326817A2
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gases
heat exchanger
temperature
smoldering
chamber
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EP0326817B1 (de
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Frohmut Dipl.-Ing. Vollhardt
Karl-Wolfgang May
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MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Siemens AG
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MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • 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
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F23G5/0273—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using indirect heating
    • 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
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F23G5/48—Preventing corrosion

Definitions

  • the invention relates to a plant for charring waste materials according to the preamble of the main claim. -
  • Waste materials in the sense of the invention are to be understood as household and industrial waste as well as chemical residues which develop pollutants or gases such as various types of dioxins, furans, CO etc.
  • a post-combustion chamber is connected to a rotary kiln.
  • this combustion chamber there is a temperature between 1200 - 1400 ° C as well as a gas speed of 2 - 4 m / sec.
  • an afterburner chamber behind a combustion furnace of a chemical waste incinerator is known. The burners of the afterburning chamber used are concentrated on a certain chamber area.
  • DE-OS 35 04 810 discloses a method for the thermal conversion of dioxin, in which a coke battery is connected in parallel to a pyrolysis plant and the coke battery and the plant emit their gas to an afterburner (3 in the drawing), where obvious the coke gas is used to burn the dioxin above 1200 ° C.
  • the object of the invention is to keep the heating device of the carbonization system completely or largely free of corrosion, and also to enable the conversion of environmentally harmful gases in the afterburning chamber to those with a low pollutant content, which can be done with simple design means should be achieved.
  • the invention provides the features of the characterizing part of the main claim in front. -
  • the features of the subclaims serve to improve and further develop the features of the main claim.
  • the system according to the invention ensures that the pollutant-laden gases entering the afterburner chamber at a temperature of approximately 14-00 ° C. are kept at a temperature of 1200 ° C. and above for a residence time of 1.0-5.0 seconds, preferably 2 seconds. so that this conversion into a gas with a low pollutant content can take place during this time.
  • a smoldering drum is used as the smoldering device 1, to which the material to be smoldered is fed via a screw 2, the smoldered material leaving the smoldering drum in the direction of arrow 3.
  • the heating gas required for the smoldering process reaches the drum via the feed 4 and is discharged via the line 5.
  • the afterburning chamber 8 which is preferably arranged upright, is assigned to the smoldering device 1 via the lines 6, 7.
  • the pollutant-laden burner gases enter it, be it from the smoldering drum or be it from another source, in the direction of arrow 9 into the afterburning chamber through the nozzle 10 in the direction of arrow 11.
  • a heat exchanger provided with the general reference number 12 is arranged in the upper region of the afterburning chamber 8.
  • this line 7 opens and leads to the heat exchanger from the smoldering gas 1, preferably an inert gas or the like, and allows this gas to pass through the smoldering drum 1 again, so that a closed circuit via the smoldering device, the pipes 6 and 7 and den Heat exchanger 12 is given.
  • the susceptibility to corrosion of the parts mentioned can be considerably reduced.
  • the gases of the afterburning chamber 8 enter in the direction of arrow 9 at a temperature of 1400 ° C. in the upper section 12a of the heat exchanger 12. They have a flow speed of about 2-4 m / sec, so that, taking into account the diameter of the heat exchanger 12, there is a residence time for the gases in the afterburning chamber of 1-5 sec, preferably of 2 sec.
  • the length or height L of the exchanger 12 is chosen such that the given residence time of 1-5 seconds within the heat exchanger is ensured at the given speed of the gases in the afterburner chamber. It is irrelevant whether the temperature of the gas has already dropped to 1200 ° C over a height L 1, the only important thing is that the residence time of 1.0-5.0, preferably 2 seconds, is observed.
  • the length L of the heat exchanger, on the one hand, or the flow rate of the gases within the heat exchanger, on the other hand is selected such that the above-mentioned parameters (residence time and temperature) are observed. During this time, the environmentally harmful afterburner gases are converted into gases with a low pollutant content.
  • temperature measuring devices 14 can be provided, of which the lowest temperature measuring device 14a is arranged in the lower section 12b of the heat exchanger 12.
  • the heat exchanger itself is designed as a cylindrical ring part with an outer wall 15 and an inner wall 156, the inner wall 16 having a lining 17. Aggressive components of the post-combustion chamber gases can run downwards there.
  • a bypass line 19 with a control valve 20 is provided. This is preferably connected to the temperature measuring device 14a via a control line 21.
  • the valve 20 controls part of the inert circulating gas of the line part 6a, which has been heated to approximately 750 ° C., via the bypass line 19 into the line part 7a and the connection piece 22 of the heat exchanger 12 and mixes with the line 6 with one Temperature of about 350 ° C incoming heating gases of the smoldering device.
  • the temperature in the inlet connection 22 of the heat exchanger 8 is increased, so that ultimately a temperature of 1200 ° C. is also maintained in the lower section 12b of the heat exchanger 12. It can thus be ensured by the control via the bypass 19 and the valve 20 that the temperature of 1200 ° C.
  • the low-pollutant gases leave the afterburner via line 11 and can be used in a downstream superheater 23.
  • the material and the thickness of the lining, which is preferably gate-locked to the inner wall, must be selected accordingly.
  • the bypass 19 serves with its control option.

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Abstract

Anlage mit einer Schwelvorrichtung und einer Nachbrennkammer. Hierbei besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Beheizungseinrichtung der Schwelanlage ganz oder weitgehend korrosionsfrei zu halten, ferner die Umwandlung von umweltschädlichen Gasen in der Nachbrennkammer in solche mit geringem Schadstoffgehalt zu ermöglichen, was mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht werden soll. Hierzu ist vorgesehen, daß das Heizgas der Schwelvorrichtung (1) im geschlossenen Kreislauf durch die Schwelvorrichtung und einen zylindrischen Wärmetauscher (12) der Nachbrennkammer (8) geführt wird, der innenseitig mit einer derartigen Auskleidung (17) versehen ist, daß die Temperatur der Brennergase in dem Austauscher (12) über eine Verweilzeit der Gase von 1,0 - 5,0 sec 1200° C oder darüber beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Verschwelen von Abfallstoffen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. -
  • Unter Abfallstoffen im Sinne der Erfindung sollen Haus- und Industriemüll ebenso verstanden werden wie chemische Rückstände, die Schadstoffe oder Gase wie Dioxine verschiedener Art, Furane, CO etc. entwickeln. - Es stehen Anlagen zur Verbrennung von Sondermüll der Patentinhaberin in Gebrauch, bei denen einem Drehrohrofen eine Nachbrennkammer nachgeschaltet ist. In dieser Brennkammer herrscht eine Temperatur zwischen 1200 - 1400° C ebenso wie eine Gasgeschwindigkeit von 2 - 4 m/sec feststellbar ist. - Durch die ältere, nicht vorveröffentlichte DE-Patentanmeldung 36 25 397 ist eine Nachbrennkammer hinter einem Verbrennungsfofen einer Verbrennungseinrichtung für chemischen Abfall bekannt. Hierbei sind die zur Anwendung kommenden Brenner der Nachbrennkammer auf einen bestimmten Kammerbereich konzentriert. - In der gleichfalls älteren und nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 37 30 339 ist eine Anlage zum Verschwelen von Abfallstoffen und verunreinigten Stoffen vorgeschlagen, bei der der Austragsvorrichtung für Reststoffe aus der Schweltrommel ein mit einer Brenneinrichtung versehener Treppenrost mit anschließender Nachbrennkammer und einer Wärmegewinnungsanlage, vorzugsweise einem Abhitzekessel mit Dampftrommel nachgeschaltet ist. - Bei diesen Anlagen und Einrichtungen gelangen die Verbrennungs- oder Schwelgase in die Nachbrennkammer als wärmeabgebendes Medium. Dies kann auch bei der erfindungsgemäßen Anlage der Fall sein, die Verbrennungsgase der Nachbrennkammer können auch aus einer anderen Quelle stammen.
  • Durch die DE-OS 35 04 810 wird ein Verfahren zur thermischen Umsetzung von Dioxin offenbart, bei welchem einer Koksbatterie eine Pyrolyse-Anlage parallel geschaltet ist und die Koksbatterie und die Anlage ihr Gas an einen Nachbrenner (3 in der Zeichnung) abgeben, wo offensichtlich das Koksgas zur Verbrennung des Dioxins oberhalb von 1200° C dient.
  • In dem Aufsatz "Abfallbeseitigung durch Pyrolyse" in: Chemie Ingenieur Technik 57 (1985) wird eine Pyrolyse-­Anlage mit Gaswandler beschrieben. Dort erfolgt in einem Gaswandler mittels eines Koksbettes die Erzeugung eines Brenngases, das nach einer Gaswäsche den Brenner eines Heizgaserzeugers speist. Ein Kreislauf des Heizgases ist nicht vorgesehen. Eine Korrosion in den Leitungsabschnitten zwischen Gaswandler, Gaswäsche, Heizgaserzeuger und letztlich Schweleinrichtung läßt sich bei dieser bekannten Anlage nicht vermeiden.
  • Diesem Stand der Technik bzw. diesen älteren Anmeldungen gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Beheizungseinrichtung der Schwelanlage ganz oder weitgehend korrosionsfrei zu halten, ferner die Umwandlung von umweltschädlichen Gasen in der Nachbrennkammer in solche mit geringem Schadstoffgehalt zu ermöglichen, was mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht werden soll.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches vor. - Die Merkmale der Unteransprüche dienen der Verbesserung und Weiterentwicklung der Merkmale des Hauptanspruches. Die erfindungsgemäße Anlage gewährleistet die in die Nachbrennkammer mit einer Temperatur von ca. 14-00° C eintretenden schadstoffbeladenen Gase bei einer Verweilzeit von 1,0 - 5,0 sec vorzugsweise 2 sec bei einer Temperatur von 1200° C und oberhalb davon zu halten, so daß in dieser Zeit jene Umwandlung in ein Gas mit geringem Schadstoffgehalt erfolgen kann. - Desweiteren ergibt sich der Vorteil, daß hierbei die dem Gas der Nachbrennkammer entzogene Wärme dem Schwelvorgang dadurch zugute kommt, daß das Heizgas der Schwelvorrichtung in der Nachbrennkammer erwärmt wird und dies in einem geschlossenen Kreislauf zwischen der Schwelvorrichtung und dem Wärmetauscher der Nachbrennkammer erfolgt, so daß eine Korrosion in den Teilen dieses Kreislaufs vermieden wird.
  • Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage dargestellt und zwar zeigt
    • Fig. 1 die Anordnung der Schwelvorrichtung und der Nachbrennkammer und
    • Fig. 2 im Vertikalschnitt die Nachbrennkammer.
  • In dargestelltem Beispiel dient als Schwelvorrichtung 1 eine Schweltrommel, der das zu verschwelende Gut über eine Schnecke 2 zugeführt wird, wobei das verschwelte Gut in Richtung des Pfeiles 3 die Schweltrommel verläßt. Das für den Schwelvorgang benötigte Heizgas gelangt über die Zuführung 4 in die Trommel und wird über die Leitung 5 abgeführt.
  • Der Schwelvorrichtung 1 ist über die Leitungen 6, 7 die Nachbrennkammer 8 zugeordnet, die vorzugsweise stehend angeordnet ist. In sie gelangen die schadstoffbeladenen Brennergase, sei es aus der Schweltrommel, sei es aus anderer Quelle, in Richtung des Pfeiles 9 in die Nachbrennkammer durch den Stutzen 10 in Richtung des Pfeiles 11.
  • In dem oberen Bereich der Nachbrennkammer 8 ist ein mit der allgemeinen Bezugsziffer 12 versehener Wärmetauscher angeordnet. In diesen mündet die Leitung 7 und führt dem Wärmetauscher aus der Schwelvorrichtung 1 kommendes Gas, vorzugsweise ein Inertgas od. dgl. zu und läßt dieses Gas über die Leitung 6 wieder der Schweltrommel 1 zukommen, so daß ein geschlossener Kreislauf über die Schwelvorrichtung, die Leitungen 6 und 7 und den Wärmetauscher 12 gegeben ist. Hierdurch kann die Korrosionsanfälligkeit der genannten Teile erheblich gemindert werden.
  • Die Gase der Nachbrennkammer 8 treten in Richtung des Pfeiles 9 mit einer Temperatur von 1400° C in den oberen Abschnitt 12a des Wärmetauschers 12 ein. Sie haben eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 - 4 m/sec, so daß bei Berücksichtigung des Durchmessers des Wärmetauschers 12 eine Verweilzeit der Gase in der Nachbrennkammer von 1 - 5 sec, vorzugsweise von 2 sec gegeben ist. Die Länge bzw. Höhe L des Austauschers 12 ist derart gewählt, daß bei der gegebenen Geschwindigkeit der Gase in der Nachbrennkammer die genannte Verweilzeit von 1 - 5 sec innerhalb des Wärmetauschers gewährleistet ist. Hierbei ist es gleichgültig, ob bereits über eine Höhe L₁ die Temperatur des Gases auf 1200° C herabgesunken ist, wesentlich ist nur, daß hierbei die Verweilzeit von 1,0 - 5,0 vorzugsweise 2 sec eingehalten wird. Dies bedeutet, daß die Länge L des Wärmetauschers einerseits bzw. die Strömungsgeschwindigkeit der Gase innerhalb des Wärmetauschers andererseits so gewählt wird, daß die vorstehend genannten Parameter (Verweilzeit und Temperatur) eingehalten werden. In dieser Zeit nämlich erfolgt jene Umwandlung umweltschädlicher Nachbrennkammergase in Gase mit geringem Schadstoffgehalt.
  • Zur Kontrolle der Temperaturführung in den einzelnen Bereichen des Wärmetauschers können Temperaturmeßgeräte 14 vorgesehen werden, von denen das unterste Temperaturmeß­gerät 14a im unteren Abschnitt 12b des Wärmetauschers 12 angeordnet ist. - Der Wärmetauscher selbst ist als zylindrischer Ringteil mit einer Außenwand 15 sowie einer Innenwand 156 ausgebildet, wobei die Innenwand 16 eine Auskleidung 17 besitzt. An dieser können aggressive Bestandteile der Nachbrennkammergase abwärts rinnen.
  • Da die Temperatur der Gase aus der Brennerkammer 18, die in Richtung des Pfeiles 9 in die Nachbrennkammer strömen, unterschiedlich ausfallen kann und bei bestimmter Strömungsgeschwindigkeit die gewünschte Verweilzeit in dem Austauscher 12 einzuhalten ist, ist zwischen den beiden Leitungen 6, 7, vorzugsweise in Nähe der Nachbrennkammer 8, eine Bypassleitung 19 mit einem Steuerventil 20 vorgesehen. Dies steht vorzugsweise über eine Steuerleitung 21 mit der Temperaturmeßeinrichtung 14a in Verbindung. Läßt die Temperaturmeßeinrichtung 14a erkennen, daß im unteren Endabschnitt 12b die Temperatur von 1200° C unter­schritten wird, so steuert das Ventil 20 einen Teil des etwa auf 750° C erwärmten inerten Kreislaufgases des Leitungsteils 6a über die Bypassleitung 19 in den Leitungsteil 7a und den Stutzen 22 des Wärmetauschers 12 und mischt sich mit den über die Leitung 6 mit einer Temperatur von etwa 350° C ankommnden Heizgasen der Schwelvorrichtung. Hierdurch wird die Temperatur in dem Eintrittsstutzen 22 des Wärmetauschers 8 erhöht, so daß letztendlich auch im unteren Abschnitt 12b des Wärmetauschers 12 eine Temperatur von 1200 °C aufrecht erhalten wird. Mithin kann durch die Steuerung über den Bypass 19 und das Ventil 20 gewährleistet werden, daß auf jeden Fall über die Länge L des Wärmetauschers 12 bei einer Verweilzeit von vorzugsweise 2 sec. die Temperatur von 1200° C und mehr eingehalten wird, um eine Umwandlung der umweltschädlichen Nachbrennkammergase in schadstoffarme Gase zu erreichen. Die schadstoffarmen Gase verlassen die Nachbrennkammer über die Leitung 11 und können in einem nachgeschalteten Überhitzer 23 genutzt werden.
  • Von besonderer Bedeutung ist die Ausbildung der Innenwand 16, insbesondere aber deren Auskleidung 17. Durch sie nämlich muß gewährleistet sein, daß für die Dauer von 1 - 5 sec. die Temperatur der Brennergase auf oder über 1200° C gehalten wird, während in dem Wärmetauscher, d.h. zwischen den Wänden 15 und 17 eine mittlere Temperatur von 550° C (Eintrittstemperatur 350° C, Austrittstemperatur 750° C) herrscht. Das Material und die Stärke der Auskleidung, die vorzugsweise an die Innenwand torkretisiert wird, ist entsprechend zu wählen.
  • Um trotz einer präzisen Abstimmung der Auskleidung 17 und unter Berücksichtigung der möglicherweise mit zunehmendem Alter schwindenden Wirkung der Auskleidung eine weitgehend genaue Temperatur über die angegebene Verweilzeit der Brennergase in dem Tauscher 12 beizubehalten, dient der Bypass 19 mit seiner Regelmöglichkeit.

Claims (3)

1. Anlage zum Verschwelen von Abfallstoffen mit einer Schwelvorrichtung und einer Nachbrennkammer mit einem Wärmetauscher, in den die Heizgase der Schwelvorrichtung geleitet werden und dort bei einer Temperatur von 1200° C oder darüber 1,0 - 5,0 sec verweilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgas der Schwelvorrichtung (1) im geschlossenen Kreislauf durch die Schwelvorrichtung und den Wärmetauscher (12) der Nachbrennkammer (8) geführt wird.
2. Anlage nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zuleitung (7a) und der Ableitung (6a) des Heizgases in bzw. aus dem Wärmetauscher (12) eine Bypassleitung (19) mit einem Regelventil (20) angeordnet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (20) des Bypass' (19) mit einem Temperaturmesser (14a) am hinteren (unteren) Ende (12b) des Wärmetauschers (12) verbunden ist.
EP89100361A 1988-02-03 1989-01-11 Anlage zum Verschwelen von Abfallstoffen Expired - Lifetime EP0326817B1 (de)

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