EP0674134A1 - Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien - Google Patents

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EP0674134A1
EP0674134A1 EP95103739A EP95103739A EP0674134A1 EP 0674134 A1 EP0674134 A1 EP 0674134A1 EP 95103739 A EP95103739 A EP 95103739A EP 95103739 A EP95103739 A EP 95103739A EP 0674134 A1 EP0674134 A1 EP 0674134A1
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combustion
combustion chamber
outlet opening
secondary air
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Sedat Dipl.-Ing. Temelli
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Awg Abfallwirtschaftsgesellschaft Wuppertal mbH
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    • F23G2900/50001—Combination of two or more furnaces

Definitions

  • the present invention relates to a novel device for burning dust-like materials, in particular activated coke dust contaminated with pollutants from filter systems, sewage sludge dust and the like.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a device for the combustion of such contaminated materials, with which the special combustion conditions required for the safe destruction of harmful substances are achieved with a structurally simple and compact structure are easy to control.
  • the combustion device should preferably be suitable for a continuous material throughput, so that economical operation is also possible, in particular in a direct combination with devices in which the contaminated materials are produced.
  • the combustion device is characterized by a combustion chamber with an inlet opening on one side for the material to be burned and an outlet opening opposite the inlet opening for flue gases resulting from the combustion, in the region of the inlet opening a device for introducing the material to be burned, Dusty material mixing primary air and in the area of the outlet opening a device for introducing secondary air are provided such that the secondary air flows on the one hand towards the primary air in the direction of the inlet opening and on the other hand is set into a swirl flow around a combustion chamber axis running through the inlet and outlet opening .
  • the arrangement of the inlet opening and the - opposite in the flow direction or in the flow direction - the outlet opening enables a continuous, continuous combustion process, but due to the inventive division of the combustion air into primary and secondary air and thereby the counter-swirl flow of the secondary air, the dwell time of the Material or the dust-air mixture is sufficiently long, especially as a result of very intensive swirling and mixing, ie by forming a mixture that is practically homogeneous over the entire firing path, an extraordinarily high firing temperature of 1200 ° to 2000 ° C. or even higher can be.
  • the increase in the residence time achieved according to the invention leads to the advantage that the combustion chamber can be made relatively short and the device according to the invention as a whole can be made very compact.
  • the combustion can be controlled by metered supply of the primary and secondary air in such a way that stoichiometric combustion is advantageously achieved at least approximately.
  • the so-called excess air factor ⁇ is at least approximately equal to 1.
  • ⁇ is in the order of magnitude of approximately 1.02. This extremely small excess of air is of decisive advantage insofar as a reduction in the fire temperature is avoided by excessive excess of air, ie the firing temperature can be kept very high and also permanently. Complete combustion with thermal destruction of all pollutants occurring in practice, in particular also of dioxins, is guaranteed.
  • the term "complete combustion" means that the invention contains only an extremely small proportion of unburned substances, namely ⁇ 0.1%, in the flue gas.
  • the limit value of a maximum of 5% unburned that is usually required here is thus advantageously far below.
  • the preferably close stoichiometric combustion also advantageously results in the formation of new dioxins and the like avoided because there is not enough oxygen available for such reactions because of the small excess of air, in particular about 2%.
  • a very stable flame is also achieved (flame stabilization), i.e. a "tearing off” of the flame is advantageously avoided. Therefore, it is advantageously sufficient to arrange a so-called pilot and auxiliary burner in the area of the inlet opening, which is generally only “switched on” for the first ignition of the combustion, but can then be switched off during further operation because the combustion stabilizes itself.
  • a so-called pilot and auxiliary burner in the area of the inlet opening, which is generally only “switched on” for the first ignition of the combustion, but can then be switched off during further operation because the combustion stabilizes itself.
  • the outlet opening is followed by a post-combustion zone, into which - in addition to the primary and secondary air - tertiary air is then introduced.
  • combustion can be carried out substoichiometrically within the combustion chamber, with total, ie primary, secondary and tertiary air, then preferably again achieving approximately stoichiometric combustion with ⁇ ⁇ 1.02.
  • the substoichiometric combustion in the combustion chamber leads to a higher combustion temperature and thus to an even safer removal of the pollutants, in particular dioxins.
  • the afterburning caused by supplying tertiary air practically leads to completing the combustion in such a way that overall the intended complete combustion is achieved.
  • the primary air is also set into a swirl flow, the swirl directions of primary air and secondary air being directed in opposite directions.
  • the tertiary air is preferably also set in a swirl flow; the swirl directions of secondary air and tertiary air are then directed in opposite directions.
  • the device according to the invention is thus a “multi-stage counter-swirl burner”.
  • the residence time spectrum of the material to be burned is increased considerably.
  • a device 1 for burning dusty materials mainly consists of a combustion chamber 2 with a one-sided inlet opening 4 for the material to be burned and also for supplied combustion air, and with an outlet opening 6 opposite the inlet opening 4 in the throughput direction for flue gases generated by combustion.
  • the inlet and outlet openings 4, 6 are preferably arranged coaxially to one another, i.e. a combustion chamber axis 8 runs in particular centrally through the inlet and outlet openings 4, 6.
  • the material to be burned is in dust form, i.e. in the ground state, fed via a pipeline 10, this pipeline 10 opening into the area of the inlet opening 4.
  • a certain percentage of carrier air is added to it, so that a dust-air mixture already emerges from the pipeline 10.
  • additional combustion air is supplied to this mixture.
  • the combustion air is now at least in Primary air P and secondary air S are divided, in the area of the inlet opening 4 a device 12 for introducing the primary air P to be mixed with the material to be burned and in the area of the outlet opening 6 a device 14 for introducing the secondary air S are provided such that the secondary air S on the one hand the primary air P or the resulting dust-air mixture flows in the direction of the inlet opening 4 and on the other hand is set into a swirl flow about the combustion chamber axis 8.
  • This swirl flow of the secondary air S illustrated in FIG. 1 and also in FIG. 4 with the aid of flow lines, an increase in the residence time of the combustible mixture within the combustion chamber 2 is achieved as well as such an intensive swirling and mixing that an almost homogeneous combustion mixture is produced. This results in optimal combustion conditions.
  • the device 12 for introducing the primary air P is designed only in the form of a short, preferably cylindrical, piece of pipe 16 which simultaneously forms the inlet opening 4 in such a way that the primary air P is initially essentially straight, taking the material to be burned with it, ie as an approximately homogeneous flow, is blown through the inlet opening 4 in the direction of the outlet opening 6.
  • the combustion mixture is then swirled intensively by the opposite swirl flow of the secondary air S.
  • the device 12 for introducing the primary air P is designed such that the primary air P, on the one hand, taking the material to be burned with it the secondary air S flows in the direction of the outlet opening 6 and, on the other hand, is likewise set into a swirl flow about the combustion chamber axis 8.
  • the swirl direction of the primary air P or the dust-air mixture is opposite to the swirl direction of the secondary air S.
  • a swirl flap device 18 with swirl flaps 20 that are inclinable in particular to change the swirl is arranged within the inlet opening 4 to generate the swirl flow of the primary air P, ie as a device 12 for introducing the primary air P.
  • This swirl flap device 18 is designed in the manner of a turbine wheel or an axial fan, the swirl flaps being arranged evenly distributed over the circumference of the inlet opening 4 and being able to be pivoted, in particular, steplessly about radial axes, namely between an axially aligned arrangement and an arrangement approximately perpendicular thereto, then opening 4 is almost closed. As a result, a certain regulation of the air volume can also be achieved.
  • the swirl flap device 18 serves to vary the swirl effect or swirl intensity of the primary air-dust mixture.
  • the device 14 for introducing the secondary air S consists essentially of a blow-in ring 22 which surrounds the outlet opening 6 or is concentric with the outlet opening 6 and which has an inner surface 24 which widens conically in the direction of the combustion chamber 2 and several has air slots 26 distributed around the circumference.
  • These louvers 26 extend from the outer circumference 28 of the blowing ring 22 to the inner surface 24 and are aligned such that the secondary air S supplied from the outside flows through the louvers 26 and is thereby displaced into the swirl flow directed into the combustion chamber 2.
  • the blowing ring 22 is expediently formed by a plurality of individual ring elements 30, which each form or limit the air slots 26 between them.
  • the blowing ring 22 preferably consists of approximately twenty-four individual elements, so that a total of twenty-four air slots are provided in a distribution that is uniform over the circumference.
  • the number of ring elements 30 or air slots 26 can vary greatly, depending on the design of the burner output and the amount of air required in each case.
  • the air slots 26 of the blow-in ring 22 are designed in a nozzle-like manner with respect to their effective flow cross-section such that the secondary air S supplied from the outside with a specific, ie, determined by the air volume required for complete combustion at ⁇ ⁇ 1, through the narrowed louvers 26 one such receives high flow velocity that it prevents the penetration of fuels into the air slots 26.
  • the air slots 26 are advantageously practically self-cleaning or self-cleaning by the injected secondary air S.
  • the entire combustion air is supplied as primary and secondary air P, S.
  • the total volume of primary and secondary air P, S to be supplied per unit of time can preferably be regulated such that the combustion within the combustion chamber 2 is always approximately stoichiometric with an excess air number ⁇ of approximately 1 to 1. 05, in particular about 1.02.
  • Complete combustion is achieved on the one hand, and on the other hand the combustion temperature is also extremely high because the combustion is not cooled by the air supplied.
  • a higher air excess of e.g. ⁇ ⁇ 1.9 can be driven, but the advantage of good and stable combustion remains.
  • a "division into three" of the total combustion air required is now provided, in addition to the primary and secondary air P, S, tertiary air T is also supplied.
  • a post-combustion zone 32 with a device 34 for supplying the tertiary air T expediently adjoins the outlet opening 6 in the direction remote from the combustion chamber 2.
  • the combustion within the combustion chamber 2 can take place sub-stoichiometrically with an excess air number or "lack of air" ⁇ ⁇ 1. This can result in an even higher temperature absolutely safe destruction of pollutants, especially dioxins, can be achieved.
  • the combustion is then completed in the afterburning zone 32 by supplying the tertiary air T, the tertiary air T being supplied at a volume per unit time that the overall combustion preferably takes place approximately stoichiometrically ( ⁇ approximately 1.02).
  • the device 34 for supplying the tertiary air T is designed such that the tertiary air T flows on the one hand in the direction of the post-combustion zone 32 facing away from the combustion chamber 2, but on the other hand also in a swirl flow is offset, thereby increasing the residence time within the afterburning zone 32.
  • the swirl directions of tertiary air and secondary air are opposite to each other. As a result, the fuel mixture is mixed again and swirled.
  • the device 34 for supplying the tertiary air T consists of a concentric with the outlet opening 6 blowing ring 36, which basically corresponds in its design to the blowing ring 22 provided for the secondary air S, so that for the sake of simplicity reference is made to the above statements .
  • the same or functionally corresponding parts are provided with the same reference numerals.
  • the conical inner surface 24 of the blowing ring 36 widens in the direction facing away from the combustion chamber 2.
  • the air slots 26 are also formed in the blowing ring 36 so that the tertiary air T receives such a high flow rate that it effectively prevents the penetration of substances from the flue gases.
  • cold fresh air is expediently used (with outside or ambient temperature).
  • the primary air P and preferably also the secondary air S are expediently heated before being introduced into the combustion chamber 2.
  • the combustion chamber 2 is delimited by a chamber wall 38, which in turn is surrounded by an outer jacket 40 such that a cavity 42 enclosing the chamber wall 38 is formed between the chamber wall 38 and the jacket 40.
  • An air inlet 44 opens into this cavity 42 in a region close to the outlet opening 6, and the cavity 42 merges into the inlet opening 4 on the side facing away from the outlet opening 6.
  • a helical partition 46 is preferably arranged within the cavity 42 between the chamber wall 38 and the outer jacket 40 such that the air supplied via the air inlet 44 flows helically around the chamber wall 38 in the direction of the inlet opening 4.
  • the chamber wall 38 is advantageously cooled.
  • the combustion chamber 2 is also lined with an inner jacket 48 made of a refractory material in the device 1 according to the invention.
  • the refractory materials commonly used for this are however only stable up to an average temperature of around 1600 ° C. Therefore, due to the very high combustion chamber temperatures of up to 2000 ° C., it is particularly advantageous if a cavity 50 enclosing the latter is formed between the chamber wall 38 and the refractory inner jacket 48 for a cooling medium that cools the inner jacket 48.
  • the secondary air S is used as the cooling medium, for which purpose preferably the air supplied via the air inlet 44 and the cavity 42 formed between the chamber wall 38 and the outer jacket 40 in the area lying in front of the inlet opening 4 into the primary air P and the secondary air S is divided.
  • the secondary air S then flows through the coolant cavity 50 in the direction of the supply device 14 arranged at the outlet opening 6.
  • the coolant cavity 50 expediently merges directly into an annular chamber 52 surrounding the blowing ring 22, from which the secondary air S passes through the air slots 26 flows. This particularly advantageous measure thus on the one hand achieves effective cooling of the inner jacket 48, and on the other hand the secondary air S is simultaneously heated.
  • a pilot and auxiliary burner 54 which can be operated in particular with light oil, is arranged in the region of the inlet opening 4.
  • This burner 54 is used, on the one hand, for the first ignition in the start-up mode of the combustion device 1 according to the invention regular combustion within the combustion chamber 2 is reached, this burner 54 can be switched off.
  • the pilot and auxiliary burner 54 is preferably automatically controlled by a control so that in the event of an irregularity in the combustion occurring within the combustion chamber 2, the pilot and auxiliary burner 54 is switched on automatically for a certain time.
  • the control unit which switches the burner 54 has on the one hand the monitoring of the combustion taking place in the combustion chamber 2 and on the other hand the flame of the burner 54, in particular photocells or similar sensors.
  • the combustion chamber 2 is arranged directly on a combustion boiler 56, in particular a waste incineration plant, in such a way that the smoke gases escaping through the outlet opening 6 are introduced directly into the combustion chamber 58 of the combustion boiler 56.
  • the arrangement of the device 1 according to the invention on the combustion boiler 56 is selected such that the flue gases enter the combustion chamber 58 in an area where the operating temperature is strig 1200 ° C. This advantageously prevents hypothermia in the combustion chamber flame due to edge influences and also streak formation in the combustion chamber.
  • the device 1 according to the invention is particularly suitable for burning the activated coke occurring in the waste incineration plant, with a continuous throughput, i.e. constant disposal is possible.
  • thermal support for the combustion occurring within the combustion boiler 56 is achieved.
  • the flue gas originating from the device 1 according to the invention is then fed together with the flue gases from the waste incineration plant to a conventional flue gas cleaning system.
  • the combustion chamber 2 is preceded by a preparation device 60 for the material to be burned, which in particular comprises a grinding device 62 and transport devices 64 exists.
  • the active coke obtained is conveyed from an intermediate silo 66 via a pneumatic conveying system 64a, in particular with nitrogen, to the grinding device 62, where it is ground to a fineness necessary for reliable combustion.
  • the ground coke dust is then discharged via a cellular wheel sluice 64b and is then metered into the combustion by means of carrier air.
  • Each unit is advantageously designed so that it can continuously dispose of a maximum amount of activated coke. This means that each combustion boiler is equipped with its own combustion device so that the amount of activated coke generated by this boiler can be disposed of directly in the boiler again.
  • flue gas cooling quench
  • flue gas cleaning system flue gas scrubber
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but also encompasses all embodiments having the same effect in the sense of the invention. Furthermore, the invention has not yet been limited to the combination of features defined in claim 1, but can also be defined by any other combination of specific features of all the individual features disclosed in total. This means that in principle practically every single feature of claim 1 can be omitted or replaced by at least one single feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, claim 1 is only to be understood as a first attempt at formulation for an invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien, insbesondere von mit Schadstoffen kontaminiertem Aktivkoks-Staub und dergleichen, mit einer Brennkammer (2) mit einer einseitigen Einlaßöffnung (4) für das zu verbrennende Material und einer der Einlaßöffnung (4) gegenüberliegenden Auslaßöffnung (6) für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase. Im Bereich der Einlaßöffnung (4) ist eine Einrichtung (12) zum Einführen von sich mit dem zu verbrennenden Material vermischender Primärluft (P) sowie im Bereich der Auslaßöffnung (6) eine Einrichtung (14) zum Einführen von Sekundärluft (S) derart vorgesehen, daß die Sekundärluft (S) einerseits der Primärluft (P) entgegen in Richtung der Einlaßöffnung (4) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um eine durch Ein- und Auslaßöffnung (4, 6) verlaufende Brennkammer-Achse (8) versetzt wird. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien, insbesondere von mit Schadstoffen kontaminiertem Aktivkoks-Staub aus Filteranlagen, Klärschlamm-Staub und dergleichen.
  • Es fallen heute in vielen Bereichen Materialien an, die sehr stark mit äußerst gesundheitsgefährdenden, toxischen Schadstoffen kontaminiert sind. Dies ist beispielsweise bei Klärschlamm aus Kläranlagen der Fall, aber auch vor allem bei Filteranlagen, in denen Schadstoffe durch Aktivkohle-Adsorber abgeschieden werden. Solche Aktivkohle-Adsorber finden Einsatz bei der Abscheidung von Stickoxiden (NOx; sog. Entstickung), Schwefeloxiden (SOx), Stäuben, Kohlenwasserstoffen bis hin zu Dioxinen und Furanen. Bei NOx, SOx und Stäuben werden sie oft als "Polizei-Filter" hinter Abscheideeinrichtungen anderer Bauart (z.B. Katalysatoren oder Elektroabscheider) eingesetzt. Für die Entstickung finden in der Regel Steinkohlenaktivkokse (SAK), für die übrigen Stoffe bzw. Verbindungen in der Regel Braunkohlenkokse (Herdofen-Aktivkoks HOK) Anwendung.
  • Für PCB, PCT, Dioxine und Furane, die vor allem in Rauchgasen von Müllverbrennungsanlagen auftreten, sind solche Aktivkoksfilter derzeit die einzige gesicherte Abscheidemöglichkeit. Denn die durch gesetzliche Bestimmungen (insbesondere Bundes-Immissionsschutzgesetz) z.T. extrem niedrig vorgegebenen Schadstoff-Grenzwerte können allein durch feuerungstechnische Maßnahmen kaum erreicht werden. So müssen insbesondere für Dioxine und Furane Emissions-Grenzwerte von < 0,1 ng/m³ eingehalten werden. Auch bezüglich anderer Schadstoffe (z.B. Schwermetalle, polychlorierte Biphenyle (PCB), polychlorierte Terphenyle (PCT) als Vorläufersubstanzen von Dioxinen und Furanen) gibt es ähnlich niedrige Grenzwerte.
  • Nun stellt natürlich die Entsorgung solcher mit Schadstoffen belasteter Materialien ein großes Problem dar. Zur sicheren Zerstörung der toxischen Stoffe und Verbindungen kommt in der Regel nur eine Verbrennung in Frage, allerdings erfordern manche Schadstoffe, wie insbesondere Dioxine, Verbrennungsbedingungen, die bislang noch nicht oder nur mit äußerst großem technischen Aufwand beherrschbar sind. So ist zur Zerstörung von schädlichen organischen Verbindungen eine Verbrennungstemperatur von jedenfalls mehr als 850° C bei einer Verweilzeit von mindestens zwei Sekunden erforderlich. Der Gesetzgeber fordert bei Sondermüllverbrennungsanlagen sogar ein Temperaturniveau von über 1200° C bei zwei Sekunden Verweildauer.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbrennen von solchen kontaminierten Materialien zu schaffen, mit der bei konstruktiv einfachem sowie kompaktem Aufbau die speziellen, zur sicheren Schadstoff-Zerstörung erforderlichen Verbrennungsbedingungen auf einfache Weise beherrschbar sind. Dabei soll sich die Verbrennungsvorrichtung vorzugsweise für einen kontinuierlichen Material-Durchsatz eignen, so daß auch ein wirtschaftlicher Betrieb insbesondere in direkter Kombination mit solchen Einrichtungen möglich ist, in denen die kontaminierten Materialien anfallen.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Somit zeichnet sich die erfindungsgemäße Verbrennungs-Vorrichtung durch eine Brennkammer mit einer einseitigen Einlaßöffnung für das zu verbrennende Material und einer der Einlaßöffnung gegenüberliegenden Auslaßöffnung für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase aus, wobei im Bereich der Einlaßöffnung eine Einrichtung zum Einführen von sich mit dem zu verbrennenden, staubförmigen Material vermischender Primärluft sowie im Bereich der Auslaßöffnung eine Einrichtung zum Einführen von Sekundärluft derart vorgesehen sind, daß die Sekundärluft einserseits der Primärluft entgegen in Richtung der Einlaßöffnung strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um eine durch Ein- und Auslaßöffnung verlaufende Brennkammer-Achse versetzt wird.
  • Die Anordnung der Einlaßöffnung und der - in Strömungsrichtung bzw. in Durchsatzrichtung gesehen - gegenüberliegenden Auslaßöffnung ermöglicht einen kontinuierlichen, stetig durchlaufenden Verbrennungsvorgang, wobei aber aufgrund der erfindungsgemäßen Aufteilung der Verbrennungsluft in Primär- und Sekundärluft und dabei der erfindungsgemäßen Gegendrallströmung der Sekundärluft die Verweilzeit des Materials bzw. des Staub-Luft-Gemisches hinreichend lang ist, zumal auch durch sehr intensive Verwirbelung und Vermischung, d.h. durch Bildung eines praktisch über den gesamten Brennweg hinweg homogenen Gemisches, eine außerordentlich hohe Brenntemperatur von 1200° bis 2000° C oder sogar höher erreicht werden kann. Die erfindungsgemäß erreichte Erhöhung der Verweilzeit führt zu dem Vorteil, daß die Brennkammer relativ kurz und damit die erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt sehr kompakt ausgebildet sein kann.
  • Erfindungsgemäß läßt sich die Verbrennung durch dosiertes Zuführen der Primär- und Sekundärluft so steuern, daß vorteilhafterweise zumindest annähernd eine stöchiometrische Verbrennung erreicht wird. Dies bedeutet, daß die sogenannte Luftüberschußzahl λ zumindest annähernd gleich 1 ist. Aus Sicherheitsgründen - um stets eine vollständige Verbrennung gewährleisten zu können - liegt λ erfindungs gemäß in der Größenordnung von etwa 1,02. Dieser äußerst geringe Luftüberschuß ist insofern von entscheidendem Vorteil, als eine Feuertemperaturabsenkung durch zu großen Luftüberschuß vermieden wird, d.h. die Brenntemperatur kann sehr hoch und auch dauerhaft gehalten werden. Dabei ist eine vollständige Verbrennung mit thermischer Zerstörung aller in der Praxis vorkommender Schadstoffe, so insbesondere auch von Dioxinen, gewährleistet. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff "vollständige Verbrennung", daß durch die Erfindung in dem Rauchgas nur noch ein außerordentlich geringer Anteil an unverbrannten Stoffen, und zwar < 0,1%, enthalten ist. Der hier üblicherweise geforderte Grenzwert von maximal 5% Unverbranntem wird somit vorteilhafterweise weit unterschritten. Ferner wird durch die vorzugsweise nah-stöchiometrische Verbrennung auch eine Neubildung von Dioxinen und dergleichen vorteilhafterweise vermieden, weil für derartige Reaktionen wegen des geringen Luftüberschusses von insbesondere etwa 2% nicht genug Sauerstoff zur Verfügung steht.
  • Durch die erfindungsgemäße Verwirbelung und die damit erreichte Homogenität des Staub-Luft-Gemisches wird zudem auch eine sehr stabile Flamme erreicht (Flammen-Stabilisierung), d.h. ein "Abreißen" der Flamme wird vorteilhafterweise vermieden. Daher reicht es vorteilhafterweise aus, im Bereich der Einlaßöffnung einen sogenannten Zünd- und Stützbrenner anzuordnen, der in der Regel nur zum erstmaligen Zünden der Verbrennung "eingeschaltet" wird, dann aber während des weiteren Betriebes ausgeschaltet werden kann, weil sich die Verbrennung selbst stabilisiert. Allerdings kann es vorteilhaft sein, den Zünd- und Stützbrenner von einer Steuerung automatisch so zu steuern, daß im Falle einer Unregelmäßigkeit der innerhalb der Brennkammer ablaufenden Verbrennung der Zünd- und Stützbrenner automatisch für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt sich an die Auslaßöffnung eine Nachverbrennungszone an, in die dann - zusätzlich zu der Primär- und Sekundärluft - Tertiärluft eingeführt wird. Hierdurch kann erfindungsgemäß innerhalb der Brennkammer unterstöchiometrisch verbrannt werden, wobei dann insgesamt, d.h. durch Primär-, Sekundär- und Tertiärluft, vorzugsweise wieder eine etwa stöchiometrische Verbrennung mit λ ≈ 1,02 erreicht wird. Die unterstöchiometrische Verbrennung in der Brennkammer führt zu einer höheren Verbrennungstemperatur und dadurch zu einer noch sichereren Beseitigung der Schadstoffe, insbesondere Dioxine. Die durch Zuführen von Tertiärluft bewirkte Nachverbrennung führt praktisch zu einer Vervollständigung der Verbrennung derart, daß insgesamt die beabsichtigte vollständige Verbrennung erreicht wird.
  • Es ist an dieser Stelle zu erwähnen, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung grundsätzlich auch überstöchiometrisch, z.B. mit λ ≈ 1,9, verbrannt werden kann, beispielsweise wenn eine geringere Temperatur von z.B. etwa 1200° C erreicht werden soll. Dabei wird aber ebenfalls eine sehr stabile Verbrennung aufgrund der Homogenität des Gemisches erreicht.
  • Es ist zudem besonders vorteilhaft, wenn auch die Primärluft in eine Drallströmung versetzt wird, wobei die Drallrichtungen von Primärluft und Sekundärluft einander entgegengesetzt gerichtet sind. Vorzugsweise wird auch die Tertiärluft in eine Drallströmung versetzt; hierbei sind dann die Drallrichtungen von Sekundärluft und Tertiärluft einander entgegengerichtet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung somit um einen "Mehrstufen-Gegendrallbrenner". Vor allem bei dieser Ausführungsform wird das Verweilzeitspektrum des zu verbrennenden Materials erheblich erhöht. Das über den gesamten Brennweg praktisch völlig homogene Staub-Luft-Gemisch kann fast ohne Luftüberschuß (λ = 1) verbrannt werden. Hierbei ist es bemerkenswert, daß ein Regelbereich von 1 : 20 erreicht werden kann, ohne die Stabilität der Flamme zu beeinflussen. Dies bedeutet, daß eine optimale, vollständige Verbrennung über einen Regelbereich von Vollast bis zu 1/20 der Vollast gewährleistet werden kann. Ist die Vorrichtung beispielsweise für 1000 kg Vollast ausgelegt, so kann auch noch bei 1/20, d.i. 50 kg, eine vollständige, optimale Verbrennung erreicht werden, und dies sogar noch bei einer Temperatur von etwa 1800° C.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung noch genauer erläutert werden.
  • Anhand von bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungs- und Anwendungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbrenn-Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 2
    eine Teilansicht in Pfeilrichtung II gemäß Fig. 1 (vgl. auch Fig. 4),
    Fig. 3
    eine Teilansicht in Pfeilrichtung III gemäß Fig. 1 (vgl. auch Fig. 4),
    Fig. 4
    einen Längsschnitt analog zu Fig. 1, jedoch in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Fig. 5
    einen Teilbereich der Vorrichtung im Querschnitt in der Schnittebene V-V gemäß Fig. 4,
    Fig. 6
    eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Müllverbrennunganlage und
    Fig. 7
    eine blockschaltbildartige Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dieser vorgeordneten Zusatzkomponenten zur Aufbereitung und zum Transport des zu verbrennenden Materials.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß jede eventuell nur einmal vorkommende Beschreibung eines Teils analog auch bezüglich der anderen Zeichnungsfiguren gilt, in denen dieses Teil mit dem entsprechenden Bezugszeichen ebenfalls zu erkennen ist.
  • Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verbrennen von staubförmigen Materialien hauptsächlich aus einer Brennkammer 2 mit einer einseitigen Einlaßöffnung 4 für das zu verbrennende Material und auch für zugeführte Verbrennungsluft sowie mit einer der Einlaßöffnung 4 in Durchsatzrichtung gegenüberliegenden Auslaßöffnung 6 für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase. Die Ein- und Auslaßöffnungen 4, 6 sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet, d.h. eine Brennkammer-Achse 8 verläuft jeweils insbesondere zentrisch durch die Ein- und Auslaßöffnungen 4, 6.
  • Das zu verbrennende Material wird in Staubform, d.h. in gemahlenem Zustand, über eine Rohrleitung 10 zugeführt, wobei diese Rohrleitung 10 im Bereich der Einlaßöffnung 4 mündet. Zum Zwecke des Transportes des staubförmigen Materials ist diesem ein bestimmter Prozentsatz Tragluft beigefügt, so daß aus der Rohrleitung 10 bereits ein Staub-Luft-Gemisch austritt. Diesem Gemisch wird jedoch zusätzliche Verbrennungsluft zugeführt.
  • Erfindungsgemäß ist nun die Verbrennungsluft zumindest in Primärluft P und Sekundärluft S aufgeteilt, wobei im Bereich der Einlaßöffnung 4 eine Einrichtung 12 zum Einführen der sich mit dem zu verbrennenden Material vermischenden Primärluft P sowie im Bereich der Auslaßöffnung 6 eine Einrichtung 14 zum Einführen der Sekundärluft S derart vorgesehen sind, daß die Sekundärluft S einerseits der Primärluft P bzw. dem hieraus resultierenden Staub-Luft-Gemisch entgegen in Richtung der Einlaßöffnung 4 strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um die Brennkammer-Achse 8 versetzt wird. Durch diese in Fig. 1 sowie auch in Fig.4 anhand von Strömungslinien veranschaulichte Drallströmung der Sekundärluft S wird eine Erhöhung der Verweilzeit des brennbaren Gemisches innerhalb der Brennkammer 2 erreicht sowie auch eine derart intensive Verwirbelung und Vermischung, daß ein nahezu homogenes Brenngemisch erzeugt wird. Hieraus resultieren optimale Verbrennungsbedingungen.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Einrichtung 12 zum Einführen der Primärluft P lediglich in Form eines kurzen, vorzugsweise zylindrischen, gleichzeitig die Einlaßöffnung 4 bildenden Rohrstückes 16 derart ausgebildet, daß die Primärluft P unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials zunächst im wesentlichen geradlinig, d.h. als etwa homogene Strömung, durch die Einlaßöffnung 4 in Richtung der Auslaßöffnung 6 eingeblasen wird. Innerhalb der Brennkammer 2 wird das Brenngemisch dann durch die entgegengerichtete Drallströmung der Sekundärluft S intensiv verwirbelt.
  • Im Falle der besonders vorteilhaften Ausführungsform nach Fig. 4 ist demgegenüber die Einrichtung 12 zum Einführen der Primärluft P derart ausgebildet, daß die Primärluft P unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials einerseits der Sekundärluft S entgegen in Richtung der Auslaßöffnung 6 strömt und dabei andererseits ebenfalls in eine Drallströmung um die Brennkammer-Achse 8 versetzt wird. Hierbei ist erfindungsgemäß die Drallrichtung der Primärluft P bzw. des Staub-Luft-Gemisches der Drallrichtung der Sekundärluft S entgegengesetzt. Durch diese besonders vorteilhafte Maßnahme wird eine außerordentlich intensive Durchmischung und daher ein praktisch absolut homogenes Brenngemisch erreicht. Hieraus resultiert eine zur thermischen Zerstörung von Schadstoffen genügend lange Verweilzeit sowie auch eine außerordentlich hohe Verbrennungstemperatur von jedenfalls mehr als 1200°, insbesondere etwa 1800 bis 2000° C. Es kann eine praktisch stöchiometrische Verbrennung mit einem außerordentlich geringen Luftüberschuß (λ ≈ 1,02) erreicht werden.
  • Wie sich nun aus Fig. 4 und 5 ergibt, ist zur Erzeugung der Drallströmung der Primärluft P, d.h. als Einrichtung 12 zum Einführen der Primärluft P, innerhalb der Einlaßöffnung 4 eine Drallklappeneinrichtung 18 mit insbesondere zur Drallveränderung neigungsverstellbaren Drallklappen 20 angeordnet. Diese Drallklappeneinrichtung 18 ist nach Art eines Turbinenrades bzw. eines Axiallüfters ausgebildet, wobei die Drallklappen über den Umfang der Einlaßöffnung 4 gleichmäßig verteilt angeordnet und dabei um radiale Achsen insbesondere stufenlos verschwenkbar sind, und zwar zwischen einer axial ausgerichteten Anordnung und einer dazu etwa senkrechten Anordnung, wobei dann die Öffnung 4 nahezu geschlossen ist. Hierdurch kann zusätzlich auch eine gewisse Regelung der Luftmenge erreicht werden. Jedenfalls dient die Drallklappeneinrichtung 18 zur Variabilität der Drallwirkung bzw. Drallintensität des Primärluft-Staub-Gemisches.
  • In beiden Ausführungsformen nach Fig. 1 und 4 besteht die Einrichtung 14 zum Einführen der Sekundärluft S im wesentlichen aus einem die Auslaßöffnung 6 umschließenden bzw. zur Auslaßöffnung 6 konzentrischen Einblasring 22, der eine sich in Richtung der Brennkammer 2 konisch erweiternde Innenfläche 24 sowie mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Luftschlitze 26 aufweist. Diese Luftschlitze 26 erstrecken sich vom Außenumfang 28 des Einblasringes 22 bis zu der Innenfläche 24 und sind dabei derart ausgerichtet, daß die von außen zugeführte Sekundärluft S durch die Luftschlitze 26 strömt und hierdurch in die in die Brennkammer 2 gerichtete Drallströmung versetzt wird. Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, ist der Einblasring 22 zweckmäßigerweise von mehreren einzelnen Ringelementen 30 gebildet, die jeweils zwischen sich die Luftschlitze 26 bilden bzw. begrenzen. Diese Ringelemente 30 werden durch geeignete, nicht näher beschriebene Haltemittel in ihrer Lage fixiert bzw. eingespannt. Vorzugsweise besteht der Einblasring 22 aus etwa vierundzwanzig einzelnen Elementen, so daß auch insgesamt vierundzwanzig Luftschlitze in einer über den Umfang gleichmäßigen Verteilung vorgesehen sind. Die Anzahl der Ringelemente 30 bzw. der Luftschlitze 26 kann jedoch stark variieren, und zwar in Abhängigkeit von der Auslegung der Brenner-Leistung und der jeweils benötigten Luftmenge.
  • Diesbezüglich ist es nun besonders vorteilhaft, wenn die Luftschlitze 26 des Einblasringes 22 hinsichtlich ihres wirksamen Strömungsquerschnittes derart düsenartig ausgebildet sind, daß die von außen mit einem bestimmten, d.h. durch das zur vollständigen Verbrennung bei λ ≈ 1 benötigte Luftvolumen festgelegten, Eingangsdruck zugeführte Sekundärluft S durch die verengten Luftschlitze 26 eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Verbrennungsstoffen in die Luftschlitze 26 verhindert. Somit wird vorteilhafterweise praktisch eine Selbstreinigung bzw. Selbst-Reinerhaltung der Luftschlitze 26 durch die eingedüste Sekundärluft S erreicht.
  • Bei der bisher beschriebenen Ausführung wird die gesamte Verbrennungsluft als Primär- und Sekundärluft P, S zugeführt. Dabei ist das pro Zeiteinheit zuzuführende Gesamtvolumen von Primär- und Sekundärluft P, S in Abhängigkeit von der Masse des pro Zeiteinheit zu verbrennenden Materials vorzugsweise derart regelbar, daß die Verbrennung innerhalb der Brennkammer 2 stets etwa stöchiometrisch mit einer Luftüberschußzahl λ von etwa 1 bis 1,05, insbesondere etwa 1,02, erfolgt. Hierdurch wird einerseits eine vollständige Verbrennung erreicht, andererseits ist die Brenntemperatur auch außerordentlich hoch, weil die Verbrennung nicht durch die zugeführte Luft gekühlt wird. Natürlich könnte durchaus auch mit höherem Luftüberschuß von z.B. λ ≈ 1,9 gefahren werden, wobei der Vorteil der guten und stabilen Verbrennung aber bestehen bleibt.
  • In den dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist nun aber eine "Dreiteilung" der insgesamt benötigten Verbrennungssluft vorgesehen, indem zusätzlich zur Primär- und Sekundärluft P, S noch Tertiärluft T zugeführt wird. Zweckmäßigerweise schließt sich hierzu an die Auslaßöffnung 6 in die der Brennkammer 2 abgekehrte Richtung eine Nachverbrennungszone 32 mit einer Einrichtung 34 zum Zuführen der Tertiärluft T an. Hierbei kann die Verbrennung innerhalb der Brennkammer 2 unterstöchiometrisch mit einer Luftüberschußzahl bzw. "Luftmangelzahl" λ < 1 erfolgen. Es kann hierdurch eine noch höhere Temperatur zur absolut sicheren Zerstörung von Schadstoffen, insbesondere Dioxinen, erreicht werden. Eine Vervollständigung der Verbrennung erfolgt dann in der Nachverbrennungszone 32 durch Zuführen der Tertiärluft T, wobei die Tertiärluft T mit einem Volumen pro Zeiteinheit zugeführt wird, daß vorzugsweise die Verbrennung insgesamt etwa stöchiometrisch erfolgt (λ etwa 1,02).
  • Wie sich nun aus Fig. 1 und 4 jeweils i.V.m. Fig. 3 ergibt, ist die Einrichtung 34 zum Zuführen der Tertiärluft T derart ausgebildet, daß die Tertiärluft T einerseits in die der Brennkammer 2 abgekehrte Richtung der Nachverbrennungszone 32 strömt, dabei aber andererseits auch in eine Drallströmung versetzt wird, wodurch die Verweilzeit innerhalb der Nachverbrennungszone 32 erhöht wird. Erfindungsgemäß sind hierbei die Drallrichtungen von Tertiärluft und Sekundärluft einander entgegengesetzt. Hierdurch wird eine nochmalige Vermischung und Verwirbelung des Brenngemisches erreicht. Zweckmäßigerweise besteht auch die Einrichtung 34 zum Zuführen der Tertiärluft T aus einem zur Auslaßöffnung 6 konzentrischen Einblasring 36, der in seiner konstruktiven Ausgestaltung grundsätzlich dem für die Sekundärluft S vorgesehenen Einblasring 22 entspricht, so daß an dieser Stelle der Einfachheit halber auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Hierzu sind gleiche bzw. sich funktionell entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Besonders hervorzuheben ist allerdings, daß sich die konische Innenfläche 24 des Einblasringes 36 in die der Brennkammer 2 abgekehrte Richtung erweitert. Zudem sind auch bei dem Einblasring 36 die Luftschlitze 26 so ausgebildet, daß die Tertiärluft T eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Stoffen aus den Rauchgasen wirksam verhindert. Als Tertiärluft T wird zweckmäßigerweise kalte Frischluft verwendet (mit Außen- bzw. Umgebungstemperatur).
  • Demgegenüber werden die Primärluft P und vorzugsweise auch die Sekundärluft S vor dem Einführen in die Brennkammer 2 zweckmäßigerweise aufgeheizt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Brennkammer 2 von einer Kammerwandung 38 begrenzt ist, die ihrerseits von einem äußeren Mantel 40 derart umschlossen ist, daß zwischen der Kammerwandung 38 und dem Mantel 40 ein die Kammerwandung 38 umschließender Hohlraum 42 gebildet ist. In diesen Hohlraum 42 mündet in einem der Auslaßöffnung 6 naheliegenden Bereich ein Lufteinlaß 44, und der Hohlraum 42 geht auf der der Auslaßöffnung 6 abgekehrten Seite in die Einlaßöffnung 4 über. Dabei ist vorzugsweise innerhalb des Hohlraums 42 zwischen der Kammerwandung 38 und dem äußeren Mantel 40 eine schraubenlinienförmig verlaufende Trennwand 46 derart angeordnet, daß die über den Lufteinlaß 44 zugeführte Luft die Kammerwandung 38 schraubenlinienförmig in Richtung der Einlaßöffnung 4 umströmt. Hierdurch wird eine gute und effektive Wärmeaufnahme bzw. Wärmeübertragung von der Brennkammer 2 über die Kammerwandung 38 auf die Luft erreicht (Wärmetauscher). Auch dies trägt dazu bei, daß innerhalb der Brennkammer 2 sehr hohe Brenntemperaturen erreicht werden können. Gleichzeitig wird vorteilhafterweise die Kammerwandung 38 gekühlt. Vorzugsweise strömt die Luft mindestens zweimal ganz um die Kammerwandung 38 herum, d.h. es ist eine Umströmung von mindestens 2 x 360° = 720° vorgesehen.
  • Wie allgemein üblich, ist auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Brennkammer 2 mit einem Innenmantel 48 aus einem feuerfesten Material ausgekleidet. Die hierzu üblicherweise verwendeten feuerfesten Materialien sind allerdings nur bis zu einer mittleren Temperatur von etwa 1600° C beständig. Daher ist es aufgrund der sehr hohen Brennkammer-Temperaturen von bis zu 2000° C besonders vorteilhaft, wenn zwischen der Kammerwandung 38 und dem feuerfesten Innenmantel 48 ein letzteren umschließender Hohlraum 50 für ein den Innenmantel 48 kühlendes Kühlmedium gebildet ist. Hierbei ist es dann ganz besonders vorteilhaft, wenn als Kühlmedium die Sekundärluft S verwendet wird, wozu vorzugsweise die über den Lufteinlaß 44 und den zwischen der Kammerwandung 38 und dem äußeren Mantel 40 gebildeten Hohlraum 42 zugeführte Luft im vor der Einlaßöffnung 4 liegenden Bereich in die Primärluft P und die Sekundärluft S aufgeteilt wird. Die Sekundärluft S strömt dann durch den Kühlmittel-Hohlraum 50 in Richtung der an der Auslaßöffnung 6 angeordneten Zuführeinrichtung 14. Zweckmäßigerweise geht der Kühlmittel-Hohlraum 50 unmittelbar in eine den Einblasring 22 umschließende Ringkammer 52 über, von der aus die Sekundärluft S durch die Luftschlitze 26 strömt. Durch diese besonders vorteilhafte Maßnahme wird somit einerseits eine effektive Kühlung des Innenmantels 48 erreicht, andererseits wird gleichzeitig die Sekundärluft S aufgeheizt.
  • Wie sich nun ferner aus Fig. 1 und 4 jeweils ergibt, ist im Bereich der Einlaßöffnung 4 ein insbesondere mit Leichtöl zu betreibender Zünd- und Stützbrenner 54 angeordnet.Dieser Brenner 54 dient einerseits zum erstmaligen Zünden im Anfahrbetrieb der erfindungsgemäßen Verbrenn-Vorrichtung 1. Sobald eine regelmäßige Verbrennung innerhalb der Brennkammer 2 erreicht ist, kann dieser Brenner 54 abgeschaltet werden. Andererseits wird aber der Zünd- und Stützbrenner 54 vorzugsweise von einer Steuerung automatisch so gesteuert, daß im Falle einer Unregelmäßigkeit der innerhalb der Brennkammer 2 ablaufenden Verbrennung der Zünd- und Stützbrenner 54 automatisch für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird. Für diese Funktion weist die den Brenner 54 schaltende Steuerung zur Überwachung einerseits der in der Brennkammer 2 ablaufenden Verbrennung und andererseits der Flamme des Brenners 54 jeweils insbesondere Fotozellen oder dergleichen Sensoren auf.
  • In Fig. 6 ist nun eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 veranschaulicht. Hierbei ist die Brennkammer 2 derart unmittelbar an einem Verbrennungskessel 56 insbesondere einer Müllverbrennungsanlage angeordnet, daß die über die Auslaßöffnung 6 austretenden Rauchgase direkt in den Feuerraum 58 des Verbrennungskessels 56 eingeleitet werden. Vorzugsweise ist hierbei die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 am Verbrennungskessel 56 derart gewählt, daß die Rauchgase in einem Bereich des Feuerraumes 58 in diesen eintreten, in dem eine Betriebstemperatur ≧ 1200° C herrscht. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine Unterkühlung der Feuerraumflamme durch Randeinflüsse und auch Strähnenbildung im Feuerraum ausgeschlossen. Bei dieser Anwendung eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 insbesondere zum Verbrennen des in der Müllverbrennungsanlage anfallenden Aktivkokses, wobei vorteilhafterweise ein stetiger Durchsatz, d.h. eine stetige Entsorgung möglich ist. Außerdem wird eine thermische Unterstützung der innerhalb des Verbrennungskessels 56 ablaufenden Verbrennung erreicht. Das aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 stammende Rauchgas wird dann zusammen mit den Rauchgasen aus der Abfallverbrennungsanlage einer üblichen Rauchgasreinigung zugeführt.
  • Gemäß Fig. 7 ist der Brennkammer 2 eine Aufbereitungseinrichtung 60 für das zu verbrennende Material vorgeordnet, die insbesondere aus einer Mahlvorrichtung 62 sowie Transporteinrichtungen 64 besteht. Im einzelnen wird der anfallende Aktivkoks aus einem Zwischensilo 66 über eine pneumatische Förderanlage 64a insbesondere mit Stickstoff zu der Mahlvorrichtung 62 gefördert und dort auf eine für eine gesicherte Verbrennung notwendige Feinheit aufgemahlen. Der gemahlene Koksstaub wird dann über eine Zellenradschleuse 64b ausgetragen und im weiteren mittels Tragluft der Verbrennung dosiert zugeführt. Dabei ist jede Einheit für sich vorteilhafterweise so ausgelegt, daß sie eine maximale Aktivkoksmenge kontinuierlich entsorgen kann. Dies bedeutet, daß jeder Verbrennungskessel mit seiner eigenen Verbrennvorrichtung ausgestattet ist, so daß die durch diesen Kessel anfallende Menge Aktivkoks unmittelbar in dem Kessel wieder entsorgt werden kann.
  • Alternativ zu dieser bevorzugten Anwendung ist es jedoch ebenfalls möglich, die über die Auslaßöffnung 6 aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 austretenden Rauchgase insbesondere über eine Rauchgaskühlung ("Quenche") einer Rauchgasreinigung (Rauchgas-Wäscher) zuzuführen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims (25)

  1. Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien, insbesondere von mit Schadstoffen kontaminiertem Aktivkoks-Staub und dergleichen, mit einer Brennkammer (2) mit einer einseitigen Einlaßöffnung (4) für das zu verbrennende Material und einer der Einlaßöffnung (4) gegenüberliegenden Auslaßöffnung (6) für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase, wobei im Bereich der Einlaßöffnung (4) eine Einrichtung (12) zum Einführen von sich mit dem zu verbrennenden Material vermischender Primärluft (P) sowie im Bereich der Auslaßöffnung (6) eine Einrichtung (14) zum Einführen von Sekundärluft (S) derart vorgesehen sind, daß die Sekundärluft (S) einerseits der Primärluft (P) entgegen in Richtung der Einlaßöffnung (4) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um eine durch Ein- und Auslaßöffnung (4, 6) verlaufende Brennkammer-Achse (8) versetzt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Einführen der Primärluft (P) derart ausgebildet ist, daß die Primärluft (P) unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials zunächst im wesentlichen geradlinig durch die Einlaßöffnung (4) in Richtung der Auslaßöffnung (6) eingeblasen und innerhalb der Brennkammer (2) durch die entgegengerichtete Drallströmung der Sekundärluft (S) verwirbelt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Einführen der Primärluft (P) derart ausgebildet ist, daß die Primärluft (P) unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials einerseits der Sekundärluft (S) entgegen in Richtung der Auslaßöffnung (6) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um die Brennkammer-Achse (8) versetzt wird, wobei die Drallrichtungen der beiden Drallströmungen der Primär- und Sekundärluft (P, S) einander entgegengerichtet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Einlaßöffnung (4) eine Drallklappeneinrichtung (18) mit insbesondere zur Drallveränderung neigungverstellbaren Drallklappen (20) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
    bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14) zum Einführen der Sekundärluft (S) einen die Auslaßöffnung (6) umschließenden Einblasring (22) aufweist, der eine sich in Richtung der Brennkammer (2) konisch erweiternde Innenfläche (24) sowie mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Luftschlitze (26) besitzt, die sich vom Außenumfang (28) bis zur Innenfläche (24) erstrecken und derart ausgerichtet sind, daß die von außen zugeführte Sekundärluft (S) durch die Luftschlitze (26) strömt und hierdurch in die in die Brennkammer (2) gerichtete Drallströmung versetzt wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einblasring (22) von mehreren einzelnen Ringelementen (30) gebildet ist, die jeweils zwischen sich die Luftschlitze (26) bilden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschlitze (26) des Einblasringes (22) hinsichtlich ihres wirksamen Strömungsquerschnittes derart ausgebildet sind, daß die von außen mit einem bestimmten Eingangsdruck zugeführte Sekundärluft (S) durch die Luftschlitze (26) eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Verbrennungsstoffen in die Luftschlitze (26) verhindert.
  8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das pro Zeiteinheit zuzuführende Gesamtvolumen von Primär- und Sekundärluft (P, S) in Abhängigkeit von der Masse des pro Zeiteinheit zu verbrennenden Materials derart regelbar ist, daß die Verbrennung innerhalb der Brennkammer (2) insgesamt etwa stöchiometrisch mit einer Luftüberschußzahl von etwa 1 bis 1,05, insbesondere etwa 1,02, erfolgte
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Auslaßöffnung (6) in die der Brennkammer (2) abgekehrte Richtung eine Nachverbrennungszone (32) mit einer Einrichtung (34) zum Zuführen von Tertiärluft (T) anschließt, wobei die Verbrennung innerhalb der Brennkammer (2) vorzugsweise unterstöchiometrisch mit λ < 1 erfolgt und in der Nachverbrennungszone (32) noch Tertiärluft (T) mit einem Volumen pro Zeiteinheit zugeführt wird, daß die Verbrennung insgesamt vorzugsweise etwa stöchiometrisch mit λ = 1 bis 1,05, insbesondere etwa λ = 1,02, erfolgt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (34) zum Zuführen der Tertiärluft (T) derart ausgebildet ist, daß die Tertiärluft (T) einerseits in die der Brennkammer (2) abgekehrte Richtung der Nachverbrennungszone (32) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung versetzt wird, wobei vorzugsweise die Drallrichtungen von Tertiär- und Sekundärluft (T, S) entgegengesetzt sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (34) zum Zuführen der Tertiärluft (T) einen zur Auslaßlöffnung (6) konzentrischen Einblasring (36) aufweist, der eine sich in die der Brennkammer (2) abgekehrte Richtung der Nachverbrennungszone (32) konisch erweiternde Innenfläche (24) sowie mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Luftschlitze (26) besitzt, die sich vom Außenumfang (28) bis zur Innenfläche (24) erstrecken und derart ausgerichtet sind, daß die von außen zugeführte Tertiärluft (T) durch die Luftschlitze (26) strömt und hierdurch in die in die Nachverbrennungszone (32) gerichtete Drallströmung versetzt wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einblasring (36) von mehreren einzelnen Ringelementen (30) gebildet ist, die jeweils zwischen sich die Luftschlitze (26) bilden.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschlitze (26) des Einblasringes (36) hinsichtlich ihres wirksamen Strömungsquerschnittes derart ausgebildet sind, daß die von außen mit einem bestimmten Eingangsdruck zugeführte Tertiärluft (T) durch die Luftschlitze (26) eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Verbrennungsstoffen in die Luftschlitze (26) verhindert.
  14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Tertiärluft (T) kalte Frischluft verwendet wird.
  15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft (P) und vorzugsweise auch die Sekundärluft (S) vor dem Einführen in die Brennkammer (2) aufgeheizt werden.
  16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) von einer Kammerwandung (38) begrenzt ist, die ihrerseits von einem Mantel (40) derart umschlossen ist, daß zwischen der Kammerwandung (38) und dem Mantel (40) ein die Kammerwandung (38) umschließender Hohlraum (42) gebildet ist, in den in einem der Auslaßöffnung (6) naheliegenden Bereich ein Lufteinlaß (44) mündet, wobei der Hohlraum (42) auf der der Auslaßöffnung (6) abgekehrten Seite in die Einlaßöffnung (4) übergeht.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hohlraumes (42) zwischen der Kammerwandung (38) und dem Mantel (40) eine schraubenlinienförmig verlaufende Trennwand (46) derart angeordnet ist, daß die über den Lufteinlaß (44) zugeführte Luft die Kammerwandung (38) schraubenlinienförmig in Richtung der Einlaßöffnung (4) umströmt.
  18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) mit einem Innenmantel (48) aus feuerfestem Material ausgekleidet ist, wobei vorzugsweise zwischen der Kammerwandung (38) und dem feuerfesten Innenmantel (48) ein letzteren umschließender Hohlraum (50) für ein den Innenmantel (48) kühlendes Kühlmedium gebildet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium die Sekundärluft (S) verwendet wird, wobei vorzugsweise die über den Lufteinlaß (44) und den zwischen der Kammerwandung (38) und dem äußeren Mantel (40) gebildeten Hohlraum (42) zugeführte Luft im vor der Einlaßöffnung (4) liegenden Bereich einerseits in die zur Einlaßöffnung (4) strömende Primärluft (P) und andererseits die durch den Kühlmittel-Hohlraum (50) in Richtung der an der Auslaßöffnung (6) angeordneten Zuführ-Einrichtung (14) strömende Sekundärluft (S) aufgeteilt wird.
  20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19,
    gekennzeichnet durch einen im Bereich der Einlaßöffnung (4) angeordneten, insbesondere mit Leichtöl zu betreibenden Zünd- und Stützbrenner (54).
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zünd- und Stützbrenner (54) von einer Steuerung automatisch so gesteuert wird, daß im Falle einer Unregelmäßigkeit der innerhalb der Brennkammer (2) ablaufenden Verbrennung der Zünd- und Stützbrenner (54) automatisch für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Überwachung einerseits der in der Brennkammer (2) ablaufenden Verbrennung und andererseits der Flamme des Zünd- und Stützbrenners (54) jeweils Fotozellen oder dergleichen Sensoren aufweist.
  23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) derart unmittelbar an einem Verbrennungskessel (56) insbesondere einer Müllverbrennungsanlage angeordnet ist, daß die über die Auslaßöffnung (6) austretenden Rauchgase in den Feuerraum (58) des Verbrennungskessels (56) eingeleitet werden, und zwar vorzugsweise in einem Bereich des Feuerraumes (58), in dem im Betrieb eine Temperatur ≧ 1200° C herrscht.
  24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet, daß die über die Auslaßöffnung (6) austretenden Rauchgase insbesondere über eine Rauchgaskühlung einer Rauchgasreinigung zugeführt und dann in die Atmosphäre geleitet werden.
  25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24,
    gekennzeichnet durch eine der Brennkammer (2) vorgeordnete Aufbereitungseinrichtung (60) für das zu verbrennende Material, die insbesondere aus einer Mahlvorrichtung (62) sowie Transporteinrichtungen (64a,b) besteht.
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