EP0568104A2

EP0568104A2 - Verschwel- und Verbrennungsanlage

Info

Publication number: EP0568104A2
Application number: EP93107087A
Authority: EP
Inventors: Marjan Remic; Franc Zeleznik
Original assignee: Kiv Kovinska Industria Vransko d o o
Current assignee: Kiv Kovinska Industria Vransko d o o
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1993-11-03
Anticipated expiration: 2013-04-30
Also published as: SI9200068A2; GR3023736T3; DK0568104T3; EP0568104A3; DE59305829D1; EP0568104B1; ATE150535T1; ES2101154T3

Abstract

Eine Verschwel- und Verbrennungsanlage zum Entsorgen von Sonderabfällen, insbesondere nicht recyclebaren, organischen Abfällen, mit einer Dosieranlage (10), in der die Abfälle zur weiteren Verarbeitung aufgenommen werden; einer Pyrolysekammer (20) für den Verschwelungsvorgang, wobei die Abfälle erwärmt, getrocknet und aufgespalten werden; einem Thermoreaktor (30) für den Oxidationsvorgang, in dem das aus den Abfällen entstandene Rauchgas ausgebrannt wird; und einer Steuereinrichtung (130) für die Überwachung und Einstellung von Prozeßparametern ist dadurch gekennzeichnet, daß für den Thermoreaktor in dessen Eingangsteil eine Brenneinrichtung (32) vorgesehen ist, die aus einer Vielzahl von Einzelbrennern besteht, welche am Umfang der Kammer des Thermoreaktors angeordnet sind, wobei die Düsen der Einzelbrenner jeweils unter einem Winkel α in bezug auf die Richtung des Gasstromes und unter einem Winkel β in bezug auf die Umfangsnormale ausgerichtet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschwel- und Verbrennungsanlage zum Entsorgen von Sonderabfällen, insbesondere nicht recyclebaren, organischen Abfällen, mit einer Dosieranlagen, in der die Abfälle zur weiteren Verarbeitung aufgenommen werden, einer Pyrolysekammer für den Verschwelungsvorgang, wobei die Abfälle erwärmt, getrocknet und aufgespaltet werden, einem Thermoreaktor für den Oxidationsvorgang, in dem das aus den Abfällen entstandene Rauchgas ausgebrannt wird, und einer Steuereinrichtung für die Überwachung und Einstellung von Prozeßparametern.
Derartige Anlagen sind dem Stand der Technik weithin bekannt, sie dienen zur thermischen Abfallentsorgung insbesondere von Hausmüll, wobei zunächst unter weitgehendem Sauerstoffabschluß der Abfall verschwelt und das entstehende Schwelgas oder Rauchgas in einer zweiten Stufe zu hoch energetischem Brenngas umgewandelt wird.
Besondere Bedeutung kommt dabei der Verbrennung im Thermoreaktor bzw. in der genannten zweiten Stufe zu, da hierbei sehr hohe Temperaturen bis über 1000 °C erzielt werden müssen.
Eine Verschwel- und Verbrennungsanlage der eingangs genannten Gattung ist beispielsweise aus der EP-B 0 302 310 bekannt. Hier wird die Verbrennung im Thermoreaktor durch einen Hochleistungsbrenner bewirkt, der für eine Temperatur über 1200 °C ausgelegt ist.
Offenbar werden mit dieser Anordnung nicht durchgehend befriedigende Ergebnisse erreicht, denn in der späteren EP-B 0 340 537 wird vorgeschlagen, den Thermoreaktor mit einer Nachbrennkammer auszurüsten, wobei besonders gute Ergebnisse insbesondere durch die genau festgelegte Verweilzeit der Rauchgase in einer Verweilstrecke des Thermoreaktors und der Nachbrennkammer erzielt werden sollen.
Oftmals wird bei der thermischen Abfallentsorgung auch ein Problem im Feuchtigkeitsgehalt der Abfallstoffe gesehen. Dazu schlägt die EP-B 0 126 407 vor, Abfälle zu Granulat zu formen, wodurch dessen Feuchtigkeitsgehalt überraschenderweise gesenkt wird.
Ein anderer Ansatz ist in der EP-B 0 011 037 erwähnt, gemäß der durch Zwangszirkulation der Gase eine Verkürzung der Trocknungs- und Pyrolysedauer bei pflanzlichen Materialien erzielt werden soll.
Die DE-A 41 07 200 betrifft ebenfalls ein Verfahren und eine Anlage zur thermischen Abfallbehandlung, bei der Sonderabfall bei relativ niedriger Temperatur weitgehend unter Sauerstoffabschluß verschwelt wird, wobei sich ein Rauchgas und ein Reststoff bilden. Der Reststoff wird in einen Feinanteil und in einen Grobanteil getrennt. Der Grobanteil wird ausgeschieden, während der Feinanteil sowie staubförmige, trockene Abfälle oder flüssige Abfälle und das Rauchgas verbrannt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Pyrolysekammer und des Thermoreaktors sind aus der DE-C 37 30 729, der EP-B 0 263 338 und der EP-B 0 157 330 bekannt. Die DE-C 38 02 319 beschreibt für eine Verschwelvorrichtung eine Fördereinrichtung für die Abfälle, durch die die Befüllung bzw. die Entleerung der Schweltrommel bzw. der Pyrolysekammer ohne Umweltbelastung möglich sein soll. Die Abfälle werden am Eingangsende eines Rohres, das als Behälter dient, zusammengespreßt und bilden auf diese Weise einen gasdichten Verschluß, wobei die weitere Förderung des Mülls durch eine Umwälzvorrichtung vorgenommen wird. Der Verschluß sorgt dafür, daß keine sich bei der Verschwelung bildenden Gase austreten können.
Um die Verbrennung innerhalb des Thermoreaktors zu verbessern, schlägt die DE-C 41 01 704 vor, einen besonderen Düseneinsatz im Flammenrohr vorzusehen. Diese Düsen, mit denen Luft zugeführt wird, sind aufeinander zu geneigt und in zwei Gruppen zu je drei Düsen versetzt zueinander angeordnet. Damit soll sichergestellt werden, daß ausreichend Verbrennungsluft zugeführt wird.
Die EP-A 0 360 052 sucht eine kostengünstige Lösung für einen Pyrolysereaktor darin, einen Brenner mit direkter Frischluftzufuhr für eine direkte Heizung in einer Brennkammer bzw. einem Thermoreaktor vorzusehen.
Die DE-U 91 00 724 schlägt vor, ein Flammenrohr derart auszugestalten, daß die Führung der Brenngase mäanderförmig ist.
Mit der Ausnutzung der Restwärme in den aus dem Thermoreaktor austretenden Restgasen befassen sich beispielsweise die DE-A 41 00 859 und die DE-U 91 00 723.
Allen bekannten Verschwel- und Verbrennungsanlagen ist gemeinsam, daß es letztlich auf eine auf die jeweilige Problematik abgestimmte Temperatursteuerung ankommt, wobei in den unterschiedlichen Komponenten der Anlage naturgemäß unterschiedliche Bedingungen zu erfüllen sind.
Ferner besteht immer mehr ein Bedürfnis danach, derartige Verschwel- und Verbrennungsanlagen möglichst kompakt und kostengünstig auszugestalten, damit diese dezentral immer unmittelbar an dem Ort eingesetzt werden können, wo die Abfallstoffe anfallen. Dies hätte gleichzeitig den Vorteil, daß die Energie, die gegebenenfalls aus den Abfallstoffen gewonnen wird, auch an Ort und Stelle, das heißt ohne lange Zuleitungen und dergleichen, genutzt werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Verschwel- und Verbrennungsanlage zu schaffen, bei der teure Komponenten vermieden werden, die jedoch leistungsfähig ist und insbesondere eine praktisch reststoffreie Verbrennung der verschwelten Produkte gewährleistet.
Diese Aufgabe wird von einer Verschwel- und Verbrennungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß für den Thermoreaktor in dessen Eingangsteil eine Brenneinrichtung vorgesehen ist, die aus einer Vielzahl von Einzelbrennern besteht, welche am Umfang der Kammer des Thermoreaktors angeordnet sind, wobei die Düsen der Einzelbrenner jeweils unter einem Winkel α in bezug auf die Richtung des Gasstromes und unter einem Winkel β in bezug auf die Umfangsnormale ausgerichtet sind. Während die Bedingungen, insbesondere die thermischen Bedingungen, im Thermoreaktor im Stand der Technik dadurch erfüllt werden sollten, daß ein Brenner mit großen Leistungen verwendet werden sollte, gelingt es gemäß der Erfindung mit einer größeren Anzahl kleinerer Brenner erheblich verbesserte thermische Bedingungen im Thermoreaktor zu erreichen. Ohne Schwierigkeiten werden die erforderlichen Temperaturen von 800 bis 1200 °C erreicht. Durch die Brennanordnung wird eine vollständige Verbrennung erreicht, denn eine größere Anzahl von unter den Winkeln α und β aufgestellten Brennern verursacht ein Spiralwirbeln, wodurch ein Durchgang der unverbrannten Rauchgase vermieden und gleichzeitig der Verbrennungsweg der Rauchgase erheblich verlängert wird. Weiter vorteilhaft erreicht man aber auch einen gleichmäßigen Wärmeeintrag durch den ganzen Bereich des Thermoreaktors, wobei der üblicherweise vorgesehene Schamottebelag einer gleichmäßigeren und damit günstigeren Belastung unterliegt. Durch den rotierenden Gasfluß wird gleichzeitig einen größere Verweildauer des Gases in der Thermokammer erreicht. Hier kann daher mit einer relativ preisgünstigen Brenneranordnung die gleiche Heizleistung und eine noch verbesserte Wirkung erreicht werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in die Pyrolysekammer ein erster Luftstrom als Primärluft in regelbarer Menge einleitbar ist. Weiter vorteilhaft ist dem Thermoreaktor gasstromaufwärts der Brenneinrichtung ein zweiter Luftstrom als Sekundärluft in regelbarer Menge zuführbar. Auch kann in dem Thermoreaktor gasstromabwärts der Brenneinrichtung eine Ausbrennzone gebildet sein, in die ein dritter Luftstrom als Tertiärluft in regelbarer Menge einleitbar ist. Durch diese Maßnahmen, insbesondere in ihrer Kombination, wird erreicht, daß die einzelnen Verfahrensschritte bei der Abfallaufbereitung voneinander getrennt und einzeln regelbar sind. Damit wird es weiterhin auf einfache Weise möglich, die zulässigen Emissionswerte ohne Schwierigkeiten zu erreichen. Dabei wird, um eine Staubentwicklung im Schwelgas und dadurch im Abgas zu verhindern, der Verschwelungsvorgang in der Pyrolysekammer bei nur geringer Luftzufuhr stattfinden. Durch die gezielte Zuführung von Sekundärluft und Tertiärluft in den Thermoreaktor wird ein vollständiger Ausbrand der organischen Stoffe im Rauchgas auf die zugelassenen Grenzwerte gewährleistet.
Bereits mittels der genannten Maßnahmen ist eine stabile Prozeßführung möglich, wodurch die unterschiedlichsten Abfallzusammensetzungen behandelt werden können. Im allgemeinen erreicht man eine Volumen- und Massenreduktion auf ca. 5 %, was die Entsorgungskosten für die festen Verbrennungsrückstände, die zudem für die Deponielagerung geeignet sind, gering hält. Die in den Verbrennungsgasen immer noch enthaltene Energie kann mit Hilfe eines Wärmetauschers oder dergleichen für die Bereitung von Warmwasser, Heißwasser oder sogar Dampf verwendet werden.
Eine Verschwel- und Verbrennungsanlage, die nach den oben genannten Prinzipien arbeitet, kann zur Entsorgung von Sonderabfällen dienen, insbesondere von Reststoffen, wie sie beispielsweise in der Textil-, Papier-, Holz-, Leder- und Lebensmittelindustrie entstehen. Da die Anlage kostengünstig ist und auch kompakt gestaltet werden kann, kann sie vor Ort eingesetzt werden, um auch Krankenhausabfälle, Abfälle, die in Hotels entstehen usw. zu behandeln. Gerade hier kann es ökonomisch sinnvoll sein, die Abfallentsorgung dezentral vorzunehmen, anstatt auf zentrale Müllentsorgungseinrichtungen zurückzugreifen.
Es hat sich gezeigt, daß die Brenneinrichtung im Thermoreaktor besonders gute Brennergebnisse liefert, wenn die Größe des Winkels α etwa 30 ° beträgt, die Größe des Winkels β etwa 10 °.
Die Anzahl der einzelnen Brenner ist grundsätzlich keinen Beschränkungen unterworfen. Die notwendige Anzahl wird sich aber nach der erforderlichen Temperatur in der Anlage, dem Heizwert des zu verbrennenden Materials und auch der chemischen Zusammensetzung des Materials richten. Bewährt haben sich Ausführungsformen, in denen eine ungeradzahlige Anzahl von Einzelbrennern, beispielsweise neun, verwendet worden sind.
Die im folgenden geschilderten Maßnahmen an den Einzelkomponenten der Verschwel- und Verbrennungsanlage dienen ebenfalls dazu, diese effektiver betreiben zu können.
Für einige Arten von Abfällen, die sehr trocken sind und direkt aus der Fertigung kommen, so daß noch etliche Gasdämpfe enthalten sind, kann es vorteilhaft sein, in dem Durchgang von der Dosieranlage zur Pyrolysekammer wenigstens eine Wasserdüse zum Einfeuchten des Abfallmaterials vorzusehen.
Zweckmäßigerweise weist die Dosieranlage eine Beschickungseinrichtung zum Fördern des Abfallmaterials zur Pyrolysekammer auf, wobei die Beschickungseinrichtung nur dann betreibbar ist, wenn ein für die Befüllöffnung der Dosieranlage vorgesehener Deckel geschlossen ist. Es werden also die Abfallstoffe durch eine Befüllöffnung eingefüllt, dann wird diese mit einem Deckel verschlossen und gegebenenfalls verriegelt. Erst jetzt ist eine automatische Beschickung der Pyrolysekammer möglich. Die Beschickungshäufigkeit ist von der Temperatur in der Pyrolysekammer, dem Heizwert der Abfallstoffe und der Geschwindigkeit, mit der der Prozeß gefahren wird, abhängig.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Durchgang von der Dosieranlage zu der Pyrolysekammer durch eine von einem Schieber, bevorzugt einem Vertikalschieber, betätigbare Tür verschließbar. Der Vertikalschieber schließt bzw. öffnet die Tür und sorgt im Zusammenwirkung mit der Beschickungseinrichtung und auch dem Deckel der Befüllöffnung dafür, daß eine Falschluftzufuhr in die Pyrolysekammer bzw. ein unerwünschter Rauchaustritt aus der Pyrolysekammer verhindert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die Beschickungseinrichtung so auszulegen, daß die Geschwindigkeit des in die Pyrolysekammer einzubringenden Materials längs des Durchgangs abnimmt.
Die Temperaturregelung für die Pyrolysekammer wird auf unterschiedliche Weisen bewerkstelligt. Zunächst ist es vorteilhaft, in der Pyrolysekammer eine Einspritzkühlung vorzusehen, bei der Kühlwasser in einer regelbaren Menge durch Einspritzdüsen in das Innere des Pyrolysekammer eingebracht wird. Die Menge des Kühlwasserdurchflusses kann dabei beispielsweise durch ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil geregelt werden. Durch die Wasserverdampfung senkt sich die Temperatur in der Pyrolysekammer, und die Verschwelung wird verzögert. Auch ist es mit der angegebenen Maßnahme möglich, die Vergasungsbedingungen dahingehend zu sichern, daß eine konstante Temperatur gehalten und das Brennen mit offener Flamme verhindert wird. Dieses System kann sehr flexibel gestaltet werden. Die Temperatur kann beispielsweise über eine oder mehrere Temperatursonden erfaßt werden, die Temperaturwerte werden dann der Steuereinrichtung zugeführt, wobei diese für die Wasserzufuhr zu den Wasserdüsen sorgt, was auch in mehreren Einspritzstufen geschehen kann.
An konstruktiven Maßnahmen für die Pyrolysekammer hat sich weiter bewährt, deren Außenhaut durch einen luftgekühlten Stahlmantel zu bilden, das Innere mit Schamotteziegeln auszukleiden und zweckmäßigerweise zwischen den Stahlmantel und den Schamotteziegeln eine Schicht aus isolierendem Material vorzusehen. Die Innenbemantelung mit Schamotteziegeln ist deswegen vorteilhaft, da es damit möglich ist, das Innere vollständig von Metallteilen freizuhalten, was bei Verwendung von Schamottebeton nicht möglich wäre. Hier sind immer Anker notwendig, die an die Außenhaut angeschweißt werden müßten und zu einem unerwünschten Wärmeübergang beitragen.
Der Boden der Pyrolysekammer kann, für kleinere Baugrößen besonders geeignet, aus fest angebrachten, starren Rosten bestehen. Im allgemeinen wird es jedoch von größerem Vorteil sein, wenn die Pyrolysekammer einen Boden aus bewegbaren Rosten aufweist, welche so ausgebildet sind, daß auf den Rosten aufliegende Brennstoffe und/oder Asche durch deren Bewegung zu einem Ascheschacht transportiert werden. Als Material für die Roste hat sich Gußeisen bewährt. Durch ein besonderes hydraulisches Aggregat sind die Roste beweglich, wodurch sich auch die Möglichkeit einer Geschwindigkeitsregulierung ergibt. Mit dieser Art des Förderns des auf den Rosten aufliegenden Materials werden keine Stäube verursacht, was wiederum vorteilhaft dazu beiträgt, daß das Funktionieren der Dosierungsanlage gewährleistet bleibt. Auch das starke Unterblasen von Primärluft ist ausgeschlossen.
Die Entaschung erfolgt mit Hilfe einer kontinuierlich fördernden Austragseinrichtung, beispielsweise einer oder mehrerer Schneckenförderungsvorrichtungen.
Dabei kann unterhalb der Roste eine erste Schneckenfördereinrichtung vorgesehen sein, welche den Grobanteil der Asche abführt, ebenfalls unterhalb der Roste eine weitere Schneckenfördereinrichtung, welche den Feinanteil der Asche abführt. Die erste Schnecke ist zweckmäßigerweise der zweiten nachgeordnet, so daß zunächst der gesamte Feinanteil abgeführt wird.
Für beide Ausführungsvarianten der Roste, sowohl für fest angebrachte als auch für bewegliche, sind vorteilhaft Düsen zum Einleiten der Primärluft in das Innere der Pyrolysekammer vorgesehen. Damit wird für eine gleichmäßiger Verteilung der Primärluft gesorgt.
Mit der Zufuhr von Primärluft besteht eine weitere Möglichkeit der Kühlung des Inneren der Pyrolysekammer. Daher ist es zweckmäßig, die Zufuhr an Primärluft durch einen Temperaturregler zu steuern.
Die Ausgangsöffnung von der Pyrolysekammer zum Thermoreaktor ist vorteilhaft abhängig von Brennstoffmenge und Brennstoffsorte in ihrer Größe einstellbar.
Die Reinigung oder Reparatur der Pyrolysekammer kann von einer Kammertür aus erfolgen.
Im Thermoreaktor sind für eine vollständige Verbrennung hohe Temperaturen von 800 bis 1200 °C bei ausreichender Reaktionszeit und intensiver Luftmischung notwendig. Alle diese Bedingungen können durch eine geeignete Formgebung vorteilhaft beeinflußt werden, wobei es sich als zweckmäßig herausgestellt hat, wenn der Thermoreaktor aus einer Vielzahl von zylindrischen Stahlelementen zusammengesetzt ist, die mit Schamotte ausgekleidet sein können. Dieses gilt insbesondere für die Ausbrennzone, der auch die Tertiärluft zugeführt wird, wohingegen die Außenhaut des Thermoreaktors im Eintrittsteil luftgekühlt wird. Es wird erreicht, daß in diesem Teil eine möglichst gute Vermischung der Brenngase mit der Luft und im hinteren Teil des Thermoreaktors ein möglichst gutes Ausbrennen mit sehr langer Verweilzeit möglich ist. Genauer betrachtet ist der Thermoreaktor in drei Zonen aufgeteilt, nämlich in die erste Mischzone mit Sekundärluftzuführung, die Zündzone sowie die Ausbrennzone mit geregelter Tertiärluftzuführung.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die für die Kühlung des Stahlmantes der Pyrolysekammer verwendete Luft als Primärluft, Sekundärluft, Tertiärluft und/oder Luft für die Brenneinrichtung in den Verschwel- und Verbrennungsprozeß zurückgeleitet.
Für einige Abfallarten werden hinter dem Wärmetauscher schon befriedigende Abgaswerte für das Rauchgas erhalten, ohne daß zusätzliche Reinigungsanlagen nötig wären. Gegebenenfalls kann dem Wärmetauscher aber auch eine Rauchgas-Neutralisierungseinrichtung und/oder eine Rauchgas-Reinigungseinrichtung nachgeschaltet sein, in denen nach gesetzlichen Anforderungen Wascheinrichtungen und/oder Filter vorgesehen sind.
Die Steuereinrichtung übernimmt alle für die Prozeßführung wesentlichen Anpassungen und Änderungen der Prozeßparameter. Dies betrifft bei der vorliegenden Erfindung nicht nur die Temperatur in der Pyrolysekammer und dem Thermoreaktor, sondern insbesondere auch die Zufuhr von Primärluft, Sekundärluft und/oder Tertiärluft. Dies erfolgt vorteilhaft jeweils von einem durch einen zugeordneten Elektromotor betriebenen Ventilator, die die Luft in die Pyrolysekammer bzw. in den Thermoreaktor einblasen, wobei die jeweilige Luftmenge über die Umlauffrequenz des jeweiligen Elektromotors zu steuern ist.
Weiterhin übernimmt die Steuereinrichtung auch die Dosierung des Abfallmaterials, gegebenenfalls die Zufuhr von Sekundärbrennstoff zu den Brennern (d.h. Gas), die Überwachung der Ausgangsemissionen usw.
Die Steuereinrichtung ist dabei so ausgelegt, daß die Primärluftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur in der Pyrolysekammer, des Sauerstoffgehaltes in der Pyrolysekammer und/oder von der Größe des Unterdruckes im Thermoreaktor eingestellt werden kann.
Durch die flexible Art der Regelung über die Umlaufgeschwindigkeit von Antriebsmotoren kann eine schnelle Anpassung der Luftmengen an die Erfordernisse erfolgen. Wenn Grenztemperaturen erreicht werden oder auch Grenzwerte an Kohlenmonoxid und anderen Abgasen im Rauchfang, bei zu großer Menge der aus der Pyrolysekammer in den Thermoreaktor übergehenden Gase oder falls andere Parameter kritisch werden, kann ohne Verzögerung die Luftzufuhr gedrosselt werden. Die Steuerungseinrichtung ist so ausgelegt, daß auch Änderungen wahrgenommen und in den Regelungsprozeß eingefügt werden.
Schließlich sei darauf hingewiesen, daß es sich für die Tertiärluft bewährt hat, daß diese zunächst in eine Vorkammer des Thermoreaktors eintritt, in der eine Vorheizung der Tertiärluft stattfindet.
Im folgenden soll die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Beispiels weiter erläutert werden. Es zeigt:

Figur 1: eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Verschwel- und Verbrennungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2: eine Querschnittsansicht des Eintrittsteil des Thermoreaktors mit einem Einzelbrenner;
Figur 3: eine Ansicht des Thermoreaktors mit Einzelbrenneranordnung von hinten her;
Figur 4: eine Draufsicht auf die Dosieranlage, teilweise aufgerissen; und
Figur 5: eine Schnittansicht der Pyrolysekammer.

Figur 1 zeigt schematisch eine Gesamtansicht einer Verschwel- und Verbrennungsanlage gemäß der Erfindung. Die thermisch zu bearbeitenden Abfallstoffe werden in eine Dosieranlage 10 eingebracht und zwar durch eine Befüllöffnung an der Oberseite der Dosieranlage 10, die mit einem Deckel 12 verschlossen werden kann. Eine Beschickungseinrichtung im Inneren der Dosieranlage 10 sorgt dafür, daß die Abfallstoffe ich Richtung auf eine Tür zu einer Pyrolysekammer 20 transportiert werden, wobei die Tür mittels eines Vertikalschiebers geöffnet und verschlossen werden kann. Die Beschickungseinrichtung und der Vertikalschieber 14 werden durch einen Hydraulikantrieb 16 betätigt. Hinter der von dem Vertikalschieber 14 verschließbaren Tür befindet sich ein Durchgang 18, der in die Pyrolysekammer 20 mündet. Die Beschickungsanlage arbeitet nun so, daß sie das Abfallmaterial in den Durchgang 18 leitet, wobei die Geschwindigkeit des Materials in Richtung auf die Pyrolysekammer 20 immer geringer wird. Dadurch wird verhindert, daß neu zuzuführende Abfälle über diejenigen geschüttet werden, die bereits in der Pyrolysekammer 20 sind. Die Beschickungseinrichtung weist zu diesem Zweck einen Schiebekolben auf, der taktweise arbeitet und nach langsamem Vorschieben mit großer Geschwindigkeit zurückgezogen wird. Die Beschickungsanlage kann nur arbeiten, wenn der Deckel 12 verschlossen ist. Das Zurückziehen des Schiebekolbens wird bevorzugt bei abgesenktem Vertikalschieber 14 bewirkt. Insgesamt wird eine Schleusenwirkung dahingehend erreicht, daß keine Außenluft in die Pyrolysekammer einbrechen kann, wenn der Vertikalschieber 14 sich in seiner oberen Stellung befindet, wenn also die Tür zur Pyrolysekammer 20 geöffnet ist, und es kann auch kein Rauchgas aus der Pyrolysekammer 20 durch die Dosieranlage 20 nach außen treten, da der Deckel 12 wiederum nur bei abgesenktem Vertikalschieber 14 geöffnet werden kann. Die Pyrolysekammer 20 weist in ihrem unteren Bereich zwei symmetrisch aufgestellte Brenner 22 auf, die dafür sorgen, daß eine Temperatur zwischen 300 und 800 °C erreichbar ist, bei der der Verschwelungsvorgang stattfindet. Dieser besteht im Erwärmen, Trocknen und Aufspalten des Abfallmaterials. Über einen Ventilator 24 wird Primärluft in die Pyrolysekammer 20 eingeleitet. Die Prozeßparameter in der Pyrolysekammer 20 werden so gesteuert, daß die aus einem Gasaustrittsschacht 26 in einen Thermoreaktor 30 übergehenden Rauchgase in der Menge konstant sind. Die Pyrolysekammer 20 ist auf eine Weise gebaut, daß sie eine vollständige Regulation der darin verlaufenden Prozesse ermöglicht. Die Ausgangsöffnung des Gasaustritts 26 im Übergang zum Thermoreaktor 30 ist so ausgelegt, daß sie vergrößert oder verkleinert werden kann, was von der Brennstoffmenge und Brennstoffsorte abhängig gemacht werden kann. Asche und Feststoffanteile, die bereits jetzt aus dem Prozeß herausgenommen werden sollen, können mittels zweier Schneckenförderungsvorrichtungen, wie weiter unten im Zusammenhang mit Figur 5 noch genauer beschrieben wird, entsorgt werden. Eine Tür 28 ermöglicht die Reinigung und gegebenenfalls die Reparatur von Bauteilen innerhalb der Pyrolysekammer. Im Eintrittsteil des Thermoreaktors 30 wird wiederum mit Hilfe eines Ventilators 37 Sekundärluft eingeleitet, und zwar stromabwärts einer Brenneinrichtung 32, die, wie im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 näher beschrieben wird, aus einer Vielzahl von Einzelbrennern besteht. Auch zu diesen Einzelbrennern kann mittels eines Ventilators 38 Frischluft zugeleitet werden, aber auch Luft, die zuvor zur Kühlung zur Außenhaut der Pyrolysekammer 20 eingesetzt und dabei schon erwärmt worden ist. Der Thermoreaktor 30 besteht gasstromabwärts der Brenneinrichtung 32 aus einer Vielzahl von zylindrischen Stahlelementen 34, so daß dieser in einer den Erfordernissen entsprechenden Länge aus Standardbauteilen ausgebaut werden kann. Die Länge des Thermoreaktors 30, das heißt die Anzahl der Stahlelemente 34, richtet sich nach der angestrebten Verweildauer der Brenngase im Reaktor. Sie definieren die Ausbrennzone, in die mittels eines weiteren Ventilators, der hier nicht dargestellt ist, Tertiärluft zugeführt wird, um die Verbrennung zu optimieren. Die Abgastemperatur hinter dem Thermoreaktor 30 beträgt, abhängig vom Brennstoff, bis zu 1200 °C. Die heißen Abgase können, sollte keine sinnvolle Wärmenutzung möglich sein, hinter dem Thermoreaktor 30 aus einem Rauchfang 70 direkt abgeleitet werden, in dessen Austrittsbereich ein Abgassensor angeordnet ist, der eine Kontrolle der aus dem Rauchfang 70 austretenden Gase hinsichtlich ihres Schadstoffgehaltes ermöglicht.
Neben der Ausgestaltung der Brenneinrichtung 32, die im folgenden beschrieben ist, ist die steuerbare Zufuhr von Luftmengen in die einzelnen Brennzonen der Verschwel- und Verbrennungsanlage von Bedeutung. Die Temperatur in der Pyrolysekammer 20 wird über den oder die Brenner 22 in der Pyrolysekammer und die automatische Luftmengenregelung der Primärluft innerhalb der jeweiligen notwendigen Grenzen gehalten. Die Zufuhr von Sekundärluft in den Eintrittsbereich des Thermoreaktors 30 ermöglicht eine optimale Gas- und Luftmischung, die weiter gasstromabwärts mit Hilfe der Brenner der Brenneinrichtung 32 erreicht wird. Mit regelmäßiger Zumischung automatisch regulierter Tertiärluft wird schließlich ein vollständiger Ausbrand erreicht. Diese verschiedenen Eingriffsmöglichkeiten in jeder Phase des Prozesses ermöglichen einen optimalen Verbrennungsverlauf. Die Prozeßparameter können verschiedenen Brennstoffarten schnell und unproblematisch mit Hilfe einer Automatik angepaßt werden.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Thermoreaktors 30 mit einem der Einzelbrenner 321 der Brenneinrichtung. Die durch den Gasaustritt 26 von der Pyrolysekammer eintretenden Gase sind in ihrer Strömungsrichtung durch den Pfeil angedeutet. Die Hauptströmungsrichtung liegt in Richtung der Mittelachse des Thermoreaktors 30. Zu dieser Hauptströmungsrichtung sind die Einzelbrenner 321 um einen Winkel α geneigt, der im gewählten Ausführungsbeispiel etwa 30 ° beträgt.
Figur 3 zeigt die Anordnung der Einzelbrenner 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329 an dem Thermoreaktor 30, wobei die Blickrichtung gasstromabwärts ist. Beispielhaft für den Einzelbrenner 321 ist zu sehen, daß dieser, wie auch alle anderen Einzelbrenner um einen Winkel β in bezug auf die Umfangsnormale des zylindrischen Thermoreaktors 30 geneigt sind. Durch diese gleichsam doppelte Neigung der Einzelbrenner wird im Inneren des Thermoreaktors 30 die gewünschte Verwirbelung der Gase erzielt und gleichzeitig in der Ausbrennzone eine relativ lange Verweildauer erhalten.
Die in Figur 1 durch einen Schaltschrank 130 angedeutete Steuereinrichtung übernimmt die Koordination und Regelung der Prozeßparameter, wie sie in der vorangehenden Beschreibung erläutert worden ist. Dabei können viele Optionen vorgesehen werden, beispielsweise kann ein Sparprogramm eingebaut werden, das heißt, wenn längere Zeit kein Abfallmaterial zudosiert wird, werden die Primär- und Sekundärluftmengen reduziert, wodurch auch der Gasaufwand reduziert wird.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die Dosieranlage 10, in der die Abfälle zur weiteren Verarbeitung aufgenommen werden, wobei sich besondere Probleme dadurch ergeben, daß ein langer Weg für die Förderung der Abfälle in die Pyrolysekammer nötig ist. Um dieses Problem zu überwinden, sind drei hydraulische Zylinder 100, 102, 104 vorgesehen, von denen zwei 100, 104 am Rahmen 106, der dritte 102, der zwischen den anderen Zylindern 100, 104 liegt und in entgegengesetzte Richtung wirkt, am Dosierkolben 108, der die Abfälle in Richtung auf die Pyrolysekammer schiebt. Dadurch wird erreicht, daß die Schiebekraft auf den beiden Einspannseiten genau in der Mitte wirkt. In mindestens einen der Zylinderkolben, angedeutet durch die Bezugsziffer 110, ist ein Sensor oder eine Sensoranordnung zur genauen Geschwindigkeitskontrolle und auch zur visuellen Darstellung der Bewegung des Schiebekolbens auf einem Bildschirm vorgesehen. Die Dosierungsintervalle und Abfallmengen werden durch die Steuereinrichtung überwacht und gesteuert.
Aus Figur 5 schließlich sind einige Einzelheiten der Pyrolysekammer entnehmbar. Das Material wird durch den Durchgang 18, der schon im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben ist, in die Pyrolysekammer 20 geleitet. Dabei befindet sich in dem Durchgang 18 eine Wasserdüse 112 - auch mehrere Wasserdüsen können gegebenenfalls vorgesehen sein -, die zur Befeuchtung der durchtretenden Abfälle dient. Weitere Wasserdüsen 114a, b, c sind im Inneren der Pyrolysekammer 20 angeordnet, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform 6 Wasserdüsen vorgesehen sind, von denen hier lediglich drei in einer beispielhaften Anordnung dargestellt sind. Diese Wasserdüsen unterliegen der Steuerung durch die Steuereinrichtung, wie es bereits beschrieben ist. Im unteren Bereich der Pyrolysekammer 20 sind für die Aschereinigung zwei Schneckenfördereinrichtungen 120, 122 vorgesehen, die so betrieben werden, daß das durch die Roste 124 fallende Staubmaterial von der ersten Schneckenfördereinrichtung abgeführt wird, das gröbere Material, das heißt, der Grobanteil der Asche, jedoch durch die Schneckenfördereinrichtung 122, die am Ende der Strecke der Roste 124 angeordnet ist. Die Anordnung der Roste 124 ist in Richtung auf das Ende der Pyrolysekammer hin, insbesondere auf die Tür 28, leicht geneigt. Bevorzugt fällt der Feinanteil der Asche in eine besonders dafür vorgesehene Kammer, damit ein Stauben zuverlässig verhindert wird. Der Übergang zum Thermoreaktor erfolgt durch den Gasaustritt 26, für den ein Schieber 126 vorgesehen ist, der in gesteuerter Weise die Öffnung des Gasaustrittes 26 vergrößert oder verkleinert. Die Größe der tatsächlich wirksamen Öffnung hängt, wie schon weiter oben erläutert, beispielsweise von der Abfallmenge und der Brennstoffsorte ab. Die Pyrolysekammer 20 ist mit einer Innenbemantelung 128 aus einer Vielzahl von Schamotteziegeln versehen, die mit einem Isoliermaterial belegt ist. Der Abschluß nach außen erfolgt über eine luftdicht abgeschlossene Stahlkammer 129, die luftgekühlt wird, gegebenenfalls unterstützt durch eine Zwangsanströmung mit Hilfe von Ventilatoren.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10: Dosieranlage
12: Deckel
14: Vertikalschieber
16: Hydraulikantrieb
18: Durchgang
20: Pyrolysekammer
22: Brenner
24: Ventilator
26: Gasaustritt
28: Tür
30: Thermoreaktor
32: Brenneinrichtung
34: Zylindrische Stahlelemente
36: Ventilator
38: Ventilator
70: Rauchfang
72: Abgassensor
100: hydraulischer Zylinder
102: hydraulischer Zylinder
104: hydraulischer Zylinder
106: Rahmen
108: Dosierkolben
110: Zylinderkolben
112: Wasserdüse
114a,b,c: Wasserdüse
120: Schneckenfördereinrichtung
122: Schneckenfördereinrichtung
124: Roste
126: Schieber
1287: Innenbemantelung
129: Stahlkammer
130: Schaltschrank für die Steuerung; Steuerungseinrichtung
321-329: Einzelbrenner

Claims

Verschwel- und Verbrennungsanlage zum Entsorgen von Sonderabfällen, insbesondere nicht recyclebaren, organischen Abfällen, mit
- einer Dosieranlage (10), in der die Abfälle zur weiteren Verarbeitung aufgenommen werden;

- einer Pyrolysekammer (20) für den Verschwelungsvorgang, wobei die Abfälle erwärmt, getrocknet und aufgespalten werden;

- einem Thermoreaktor (30) für den Oxidationsvorgang, in dem das aus den Abfällen entstandene Rauchgas ausgebrannt wird; und

- einer Steuereinrichtung (130) für die Überwachung und Einstellung von Prozeßparametern;
dadurch gekennzeichnet, daß für den Thermoreaktor (30) in dessen Eingangsteil eine Brenneinrichtung (32) vorgesehen ist, die aus einer Vielzahl von Einzelbrennern (321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329) besteht, welche am Umfang der Kammer des Thermoreaktors angeordnet sind, wobei die Düsen der Einzelbrenner jeweils unter einem Winkel α in bezug auf die Richtung des Gasstromes und unter einem Winkel β in bezug auf die Umfangsnormale ausgerichtet sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pyrolysekammer (20) ein erster Luftstrom als Primärluft in regelbarer Menge einleitbar ist, daß dem Thermoreaktor (30) gasstromaufwärts der Brenneinrichtung (32) ein zweiter Luftstrom als Sekundärluft in regelbarer Menge zuführbar ist und daß in dem Thermoreaktor (30) gasstromabwärts der Brenneinrichtung (32) eine Ausbrennzone gebildet ist, in die ein dritter Luftstrom als Tertiärluft in regelbarer Menge einleitbar ist, wobei vorzugsweise die Tertiärluft zunächst in eine Vorkammer des Thermoreaktors (30) eintritt, in der eine Vorheizung der Tertiärluft stattfindet.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Winkels α etwa 30°, die Größe des Winkels β etwa 10° beträgt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einzelbrenner (321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329) ungeradzahlig ist, vorzugsweise Neun beträgt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Durchgang (18) von der Dosieranlage (10) zu der Pyrolysekammer (20) wenigstens eine Wasserdüse (112) zum Einfeuchten des Abfallmaterials vorgesehen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosieranlage (10) eine Beschickungseinrichtung zum Fördern des Abfallmaterials zur Pyrolysekammer (20) aufweist, wobei die Beschickungseinrichtung nur dann betreibbar ist, wenn ein für die Befüllöffnung der Dosieranlage (10) vorgesehener Deckel (12) geschlossen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (18) von der Dosieranlage (10) zu der Pyrolysekammer (20) durch eine von einem Schieber, bevorzugt einem Vertikalschieber (14), betätigbare Tür verschließbar ist.
Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung so ausgelegt ist, daß die Geschwindigkeit des in die Pyrolysekammer (20) einzubringenden Materials längs des Durchgangs (18) abnimmt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzkühlung vorgesehen ist, mit der Kühlwasser in einer regelbaren Menge durch Einspritzdüsen (114a, 114b, 114c) in die Pyrolysekammer (20) eingebracht wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Pyrolysekammer (20) aus fest angebrachten, starren Rosten besteht oder daß die Pyrolysekammer (20) einen Boden aus bewegbaren Rosten (124) aufweist, die vorzugsweise hydraulisch betreibbar sind und die so ausgebildet sind, daß auf den Rosten aufliegende Brennstoffe und/oder Asche durch deren Bewegung zu einem Ascheschacht transportiert werden.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Roste (124) eine Schneckenfördereinrichtung (122) vorgesehen ist, welche den Grobanteil der Asche abführt, und daß stromaufwärts dieser Schneckenfördereinrichtung (122) unterhalb der Roste eine weitere Schneckenfördereinrichtung (120) vorgesehen ist, welche den Feinanteil der Asche abführt.
Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rosten Düsen zum Einleiten der Primärluft in das Innere der Pyrolysekammer (20) vorgesehen sind, wobei die Zufuhr an Primärluft bevorzugt durch einen Temperaturregler zu steuern ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für den Austrag der Asche aus der Pyrolysekammer (20) eine kontinuierlich fördernde Austrageinrichtung vorgesehen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von Brennstoffmenge und Brennstoffsorte eine Ausgangsöffnung (26) von der Pyrolysekammer (20) zum Thermoreaktor (30) in ihrer Größe einstellbar ist.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Kühlung des Stahlmantels der Pyrolysekammer (20) gegebenenfalls zu verwendende Luft als Primärluft, Sekundärluft, Tertiärluft und/oder Luft für die Brenneinrichtung (32) in den Verschwel- und Verbrennungsprozeß rückleitbar ist.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft, die Sekundärluft und/oder die Tertiärluft durch jeweils von einem durch einen zugeordneten Elektromotor betriebenen Ventilator in die Pyrolysekammer (20) bzw. in den Thermoreaktor (30) einzublasen sind, wobei die jeweilige Luftmenge über die Umlauffrequenz des jeweiligen Elektromotors zu steuern ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (130) die Primärluftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur in der Pyrolysekammer (20), des Sauerstoffgehaltes in der Pyrolysekammer (20) und/oder von der Größe des Unterdruckes im Thermoreaktor (30) einstellt.