NL8802039A

NL8802039A - Rotatieverbrander met efficiente luchtdistributie.

Info

Publication number: NL8802039A
Application number: NL8802039A
Authority: NL
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1989-03-16
Also published as: JPH01239310A; PT88315A; AU599821B2; AU2034988A; US4782768A; ES2012111A6; PT88315B; CA1291903C

Description

y -1- Ψ

Rotatieverbrander met efficiënte luchtdistributie.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een rotatieverbrander of verbrandingsoven voor het verbranden van afvalmateriaal in een verbrandingstrommel en meer in het bijzonder op een verbetering in de algemeen 5 cilindervormige zijwand van de verbrandingstrommel voor het richten van lucht, geleverd aan de verbrander, teneinde een meer efficiënte verbranding te geven.

Het op geschikte wijze deponeren van vast afval is in toenemende mate een ernstig probleem geworden, 10 aangezien bestaande stortplaatsen voor deponeren op land hun volledige capaciteit bereikt hebben of naderen, en nieuwe stortplaatsen in toenemende mate moeilijk worden te localiseren. Verbranding van verbrandbaar vast afval is lang toegepast, teneinde de hoeveelheid vaste 15 stof te reduceren, die gedeponeerd moet worden. De bestaande methoden van verbranden resulteren evenwel vaak in onvolledige verbranding en produceren uitlaatgassen, welke koolmonoxyde en onverbrande koolwaterstoffen bevatten .

20 Eën inrichting, gebruikt voor het verbranden van vast afval is een watergekoelde rotatieverbrander, die gebruikt is in een toenemend aantal toepassingen voor de laatste één tot twee decaden. Voorbeelden van watergekoelde rotatieverbranders zijn beschreven in het 25 Amerikaanse octrooischrift 3.882.651 (Harris e.a.).

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een verhoogd rendement van verbranding in rotatieverbranders en het tot een minimum terugbrengen van de uitvoer van koolmonoxyde en onverbrande kool-30 waterstoffen van een rotatieverbrander, die gebruikt wordt in een proces voor het verbranden van vast huisvuil.

Dit doel wordt bereikt door het verschaffen van een rotatieverbrander met efficiënte luchtdistributie, 35 welke een algemeen cilindrische zijwand heeft, die een verbrandingstrommel vormt, gebruikt voor het verbranden van vast materiaal met verbrandingsgas van een verbrandings- .8802039 * -2- gastoevoer, die het inwendige van de verbrandingstrommel binnenkomt door de zijwand, teneinde de verbranding van het materiaal te ondersteunen, waarbij de verbrandings-trommel invoer- en uitvoereinden heeft en de zijwand aan-5 gesloten is op een koellus, die een warmtewisselingsuit-rusting heeft en roteert in een rotatierichting rond een centrale rotatie-as, welke zijwand een aantal koelhuizen heeft, die zich uitstrekken longitudinaal in parallelle axiale relatie, met aansluitingen op de koellus aan ten-10 minste één van de invoer- en uitvoereinden, en een aantal gasdoorlatende tussenverbindingen met openingen daarin, welke openingen het verbrandingsgas leiden van de verbrandingsgastoevoer in het inwendige van de verbrandingstrommel onder een scherpe hoek ten opzichte van een 15 vector, die overeenkomt met de rotatierichting.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont:

Fig. 1 een schematisch zijaanzicht in dwars-20 doorsnee van een gebruikelijke rotatieverbrander; fig. 2A een schematisch eindzijaanzicht in dwarsdoorsnee van de rotatieverbrander, getoond in fig.1; fig. 2B een vergroting van een fragmentarisch deel van de constructie van fig. 2A;

25 fig. 3A een aanzicht overeenkomstig aan fig. 2B

voor een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 3B een aanzicht in perspektief van een fragmentarisch deel van de eerste uitvoeringsvorm van de 30 onderhavige uitvinding; fig. 4A een aanzicht overeenkomstig aan fig. 2B voor een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 4B een aanzicht in perspektief van een frag-35 mentarisch deel van de tweede uitvoering van de onderhavige uitvinding; en fig. 5 een schematisch eindaanzicht in dwarsdoorsnee van een rotatieverbrander volgens de onderhavige uitvinding.

40 Een gebruikelijke watergekoelde rotatieverbrander .8802039 -3- * is schematisch getoond in het in dwarsdoorsnee gegeven zijeindaanzicht van fig. 1. Een rotatieverbrander heeft normaliter een verbrandingstrommel 10 met een algemeen cilindrische zijwand 23, gevormd van zich in lengterich-5 ting uitstrekkende koelhuizen 24, aangebracht in onderling op afstand gelegen axiale betrekking. De koelhuizen 24 zijn omgeven door en bevestigd aan banden 13, die op hun beurt worden gesteund door rollen 12. De verbrandingstrom-mel 10 neemt vast af val 14 op aan een invoereinde 16 en 10 voert warmte 20 en vaste verbrandingsprodukten 22, bijvoorbeeld as, af aan een afvoereinde 18. De verbrandingstrom-mel 10 kan worden geroteerd door het aandrijven van de rollen 12 of door een afzonderlijk ringtandwiel (niet getoond) , bevestigd aan de trommel en aangedreven door een 15 rondsel, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooi 3.822.751 (Harris e.a.).

De verbrandingstrommel 10 heeft een centrale rotatieas, die iets geheld is ten opzichte van de horizontale stand, zich uitstrekkende naar beneden weg van het 20 invoereinde 16 naar het uitvoereinde 18. Verbrandingslucht wordt ingedreven in de trommel 10 door gasdoorlatende tussenverbindingen 15 tussen aangrenzende koelhuizen 24 via windkasten, zoals de windkasten 32, 34 en 36, getoond in fig. 1. De gasdoorlatende tussenverbindingen 51 kunnen 25 zijn gevormd van geperforeerde metaalbanden, vervaardigd van staafstaal, geperforeerd met openingen 52. De tussenverbindingen 51 lopen van het invoereinde 16 en langs de algemeen rechte axiale delen van de buis 24 naar een onder een hoek gelegen sectie of afgeknot kegelvormige 30 sectie, 24a, die opgenomen is binnen een rookkanaal 28.

Er zijn geen tussenverbindingen 51 opgenomen in de onder een hoek staande sectie 24a, waarin de koelhuizen 24 zich uitstrekken in enigszins convergerende betrekking tot het uitvoereinde 18 van de trommel 10. Het ontbreken 35 van tussenverbindingen 51 in de hoeksectie 24a stelt het rookgas 50 en de as 22 in staat gemakkelijk te ontsnappen uit de trommel 10.

De temperatuur van de koelhuizen 24 wordt gehouden op ongeveer 275°C door koelmiddel daardoor heen 40 te laten circuleren. Het resulterende hoog energetische .8802039 * -4- koelmiddel wordt geleid door een koellus, welke een ringleiding 17 heeft, een toevoerbuis 26, een rotatieverbin-ding 55, een pomp 25, en een warmtewisselingsuitrusting 27. De toevoerbuizen 26 omvatten bij voorkeur een dubbel-5 wandige of coaxiale buis 37 voor aansluiting op de verbinding 35, die kan zijn geconstrueerd zoals beschreven in het Amerikaanse octrooi 3.882.651. De koellus brengt laag energetisch koelmiddel terug naar de ringleiding 17 via de pomp 25, de verbinding 35 en de toevoerbuizen 26. De 10 ringleiding 17 distribueert het laag energetische koelmiddel, ontvangen van de warmtewisselingsuitrusting 27, aan een eerste stel koelbuizen 24, welke het koelmiddel transporteert over de lengte van de trommel 10 naar terugvoerorganen zoals ü-buizen 39, of een andere ringlei-15 ding (niet getoond) aan het invoereinde 16 van de trommel 10. De U-buizen 39 koppelen het eerste stel koelbuizen 34 aan een tweede stel koelbuizen 24, die het koelmiddel terugvoeren naar de ringleiding 17, teneinde te worden afgevoerd naar de warmtewisselingsuitrusting 27. De warm-20 tewisselingsuitrusting 27 kan omvatten een koker, een condensor, aansluiting op een op stoom gedreven elektrisch vermogen genererend systeem, enz. (dit alles niet getoond), zoals bekend in de techniek.

In de fig. 1 en 2A wordt het verbrandingsgas, 25 kenmerkend lucht, geleverd aan de verbrandingstrommel 10 via een luchtleiding 30 en windkasten omvattende de windkasten 32, 34, 36 en 38. Een totaal van zes (6) windkasten zijn geplaatst onder de verbrandingstrommel 10, maar de benedenvuur-windkasten aangrenzend aan de bovenvuur-wind-30 kasten 32 en 36 zijn niet weergegeven. Lucht wordt getransporteerd van de leiding 30 naar de windkasten via regelleidingen 40, 42,...50. Zoals getoond in fig. 2, levert regelleiding 46 verbrandingslucht van de luchtleiding 30 naar de middelste "bovenvuur" windkast 34, terwijl regel-35 leiding 44 verbrande lucht levert aan de middelste "bene-denvuur" windkast 38. De lucht, geleverd door luchtleiding 30, kan worden voorverwarmd door de uitlaat van het rookkanaal 28 en kan worden geblazen door een gebruikelijke ventilator met geforceerde trek (niet getoond). Bij voor-40 keur wordt de verbrandingslucht genomen van een afvals- .8802039 9 -5- invoergebied 15, teneinde een ventilatiebron te verschaffen voor het afvalmateriaal 14, dat wordt geladen in de verbrandingstrommel 30.

Fig. 2A is een schematisch eindzijaanzicht in 5 dwardoorsnede van de gebruikelijke rotatieverbrander, getoond in fig. 1. Zoals getoond in fig. 2A is de ver-brandingstrommel 10 gehuisd in een omhulsel 57, niet getoond in fig. 1 terwille van de eenvoud, dat ervoor zorgt, dat het rookgas 20 uittreedt via het rookkanaal 28. Het 10 omhulsel 57 wordt gesteund op een geschikt oppervlak door steunen 58. Het rugsnede-deel 59 is aanwezig in fig. 2A, teneinde de regelleiding 44 te illustreren, die verbrandingslucht levert naar de benedenvuur-windkast 38.

Zoals te zien is in fig. 2A vanaf het uitvoer-15 einde 18 (fig. 1), roteert de verbrandingstrommel 10 in de richting van de klok, zoals aangegeven door de rich-tingspijl 43. Als gevolg wordt afvalmateriaal 14 opgetild naar de linkerzijde van de verbrandingstrommel 10, zoals gezien in fig. 2A. Daarom zijn er in nagenoeg al de boven-20 vuurwindkasten, bijvoorbeeld windkast 34, gewoonlijk tenminste een paar openingen 52, die niet bedekt zijn door afvalmateriaal 14 en daardoor in staat om grote hoeveelheden lucht te leveren aan het inwendige van de verbrandingstrommel 10. Aan de andere kant richten de benedenvuur-25 windkasten, bijvoorbeeld de windkast 34, lucht naar de onderzijde van het afvalmateriaal 14, teneinde bij te dragen in de verbranding. Gewoonlijk is het afvalmateriaal 14 voldoende groot en onregelmatig gevormd, dat een voldoende aantal van de openingen 52 niet geblokkeerd zijn 30 boven de benedenvuurwindkasten, hetgeen het mogelijk maakt, dat lucht kan penetreren in het afvalmateriaal 15 in de trommel 10. Kenmerkend is het drukverschil tussen de windkasten en de trommel 10 4 mm Hg (een paar inch water, bijvoorbeeld iets minder dan 0,1 psi). Zoals ge-35 toond in fig. 2A, werken de afdichtstroken 54 samen met windkastranden 56, teneinde een drukafdichting mogelijk te maken tussen de windkasten en de verbrandingstrommel 10. De afdichtstroken 54 strekken zich uit in lengterichting, dat wil zeggen in parallel-axiale richting en 40 bevestigt aan het uitwendige van de verbrandingstrommel 10, .880Z039 J» -6- « en hebben een hondepootvormige dwarsdoorsnede, zoals getoond in fig. 2A. Elk van de afdichtstroken 54 is continu voor tenminste de axiale lengte van één windkast.

Zoals getoond in fig. 2A door de luchtstroom-5 pijlen 41, heeft, terwijl de luchtstroom van de beneden-vuurwindkasten, bijvoorbeeld windkast 38, gericht is naar het verbrandingsgebied, de lucht van de onbedekte openingen 52 boven de bovenvuurwindkasten, bijvoorbeeld windkast 34, de neiging om te stromen naar het midden 10 van de trommel, waar zeer weinig verbranding optreedt.

Hoewel er een lichte kloksgewijze rotatie van gas (zoals te zien in fig. 2A) bestaat binnen de verbrandingstrommel 10 als gevolg van de schuine ligging van het brandende afval, is de rotatiestroomsnelheid algemeen laag.

15 De onderhavige uitvinding vermijdt dit resul taat door gebruik te maken van schuinlopende openingen 52', zoals getoond in dwarsdoorsnede in de fig. 3A en 4A. De schuinlopende openingen 52' zijn gevormd in gas-doorlatende tussenverbindingen 51', geconstrueerd zoals 20 getoond in de fig. 3A en 3B, of 51", geconstrueerd zoals getoond in fig. 4A en 4B. Zoals getoond in fig. 3A, vormt de richting van de luchtstroom 41 door de verbrandingstrommel 10 een scherpe hoek 61 met een vector 63, die korrespondeert met de rotatierichting van de trommel, 25 zoals aangegeven door pijl 43. De hoek 61 is bij voorkeur ongeveer 60°. Zodoende wordt, zoals getoond in fig. 5, de lucht, die het inwendige van de trommel 10 binnenkomt, initieel gericht naar het gebied onmiddellijk boven het oppervlak van materiaal 14, waar de verbran-30 ding het meest actief is. Dit verhoogt de kloksgewijze rotatiesnelheid van de lucht in de verbrandingstrommel 10, waardoor het mengen van gassen wordt bevorderd.

De uitvoering, getoond in de fig. 3A en 3B, maakt gebruik van bekende constructietechnieken voor het 35 vormen van de cilindrische wand 23. Zo worden hoeknaad-lassen 65 gebruikt voor het bevestigen van geperforeerde banden 66 van staafstaal aan de buizen 24 voor het vormen van de gasdoorlatende tussenverbindingen 51. De schuinlopende openingen van de onderhavige uitvinding 40 worden geleverd door de perforaties 52' in het staalband .8802039 66.

-7-

Een alternatieve wijze van construeren van een zijwand 23 volgens de onderhavige uitvinding is getoond in fig. 4A en 4B. Bij deze uitvoering zijn de gas-5 doorlatende tussenverbindingen 51" gevormd als integrale uitbreidingen van de koelhuizen 24'. De schuine openingen 52' worden aangebracht in de tweede uitvoering door het bewerken van de randen van de ribben 68 bij voorkeur voor het vormen van vlakke stukken aan de kontaktpunten.

10 Een dergelijke bewerking kan worden uitgevoerd door elke bekende techniek, waaronder lasersnijden of het gebruik van machinegereedschap. De ribben 68 kunnen met elkaar worden verbonden voor het vormen van gasdoorla-tende tussenverbindingen 51" met behulp van gebruikelijke 15 lastechnieken, waaronder laserlassen, voor het vormen van lassen 70 aan de kontaktpunten van de ribben 68. Voorbeelden van hoe kokerwanden kunnen worden geconstrueerd onder gebruikmaking van van ribben voorziene buizen, treft men aan in het Amerikaanse octrooi 3.814.062 20 (Vollhardt).

In de uitvoeringen, getoond in de fig. 3A-4B, zijn de openingen 52' gevormd als een enkele rij sleuven met een rechthoekige dwarsdoorsnee. De uitvinding is evenwel niet beperkt tot de getoonde vormen en inrichting 25 van de openingen, maar heeft eveneens betrekking op openingen met cirkelvormige of niet-rechthoekige poly-gonale dwarsdoorsneden, alsook multipele of verspringende rijen openingen.

De vele kenmerken en voordelen van de onderha-30 vige uitvinding zijn duidelijk uit de gedetailleerde beschrijving en het is daarom de bedoeling, dat de bijgevoegde conclusies al zulke kenmerken en voordelen van de inrichting beslaan, welke geacht worden te vallen binnen het kader van de uitvinding. Aangezien tal van 35 modificaties en veranderingen de vakman duidelijk zullen zijn, is het niet de bedoeling, dat de uitvinding beperkt is tot de exacte constructie en werking, zoals getoond en beschreven. Alle geschikte modificaties en equivalenten dienen te worden opgevat als vallende binnen 40 het kader van de uitvinding.

.88 02039

Claims

1. Rotatieverbrander met efficiënte luchtdistribu-tie met een cilindrische zijwand, die een verbrandings-trommel vormt voor het verbranden van vast materiaal met verbrandingsgas van een verbrandingsgastoevoer, dat het 5 inwendige van de verbrandingstrommel binnenkomt via de zijwand voor het ondersteunen van de verbranding van het materiaal, welke verbrandingstrommel invoer- en uit-voereinden heeft en welke zijwand verbonden is met een koellus, die warmtewisselingsuitrusting bevat en roteert 10 in een rotatierichting rond een centrale rotatieas, waarbij een aantal koelhuizen zich in lengterichting uitstrekt in parallelle, onderling op afstand gelegen axiale relatie, met verbindingen met de koellus bij tenminste één van de invoer- en uitvoereinden, en een aantal gasdoor-15 latende tussenverbindingen, aangebracht tussen genoemde buizen en met openingen daarin, met het kenmerk, dat de openingen (52') geheld zijn, zodat zij het verbrandingsgas leiden van de verbrandingsgastoevoer (32, 34, 36, 38) in het inwendige (25) van de verbran-20 dingstrommel (10) onder een scherpe hoek (61) ten opzichte van een vector (63), die korrespondeert met de rotatierichting van de verbrandingstrommel (10).

2. Rotatieverbrander volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de scherpe hoek (61) algemeen 25 60° is.

3. Rotatieverbrander volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat de openingen (52') een rechthoekige dwarsdoorsnede hebben.

4. Rotatieverbrander volgens conclusie 2, m e t 30 het kenmerk, dat de openingen (52') langwerpig zijn in axiale richting. .8802039