DE2604409A1

DE2604409A1 - Verfahren und verbrennungsofen zur verbrennung von abfaellen

Info

Publication number: DE2604409A1
Application number: DE19762604409
Authority: DE
Inventors: Werner Jablonski; Heinz Mallek
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1976-02-05
Filing date: 1976-02-05
Publication date: 1977-08-11
Also published as: CA1073749A; AT373679B; JPS6243092B2; AU507943B2; KR820001289B1; SE439058B; NL181523B; DE2604409B2; BR7700688A; DE2604409C3; NL181523C; FR2340508B1; ATA953976A; LU76694A1; SE7701203L; FR2340508A1; DK143721C; IT1079163B; US4116136A; CH598539A5

Description

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Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Verfahren und Verbrennungsofen zur Verbrennung von Abfällen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen von Abfällen, bei dem Abgase in einer Brennkammer unter Zufuhr von Frischluft verbrannt werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens mit einem zentralen Schacht zur Aufnahme der Abfälle, einer unterhalb des Schachtes angeordneten, einen verschlossenen Boden aufweisenden Brennkammer mit in dem sich unmittelbar an den Schacht anschließenden Teil der Brennkammer vorgesehenen Frischluftzuführungen, wobei die in der Brennkammer gebildeten Rauchgase über Austrittsöffnungen im Abzugsraum der Brennkammer zu einem Rauchabzug geführt sind.

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Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus "Technische Information", Nr. 2, DK 628.474.3/7, Kernforschungsanlage Jülich GmbH, bekannt, aus der auch ein Verbrennungsofen der oben angegebenen Art zur Durchführung des Verfahrens bekannt ist. Dieses bekannte Verfahren und der zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens dienende Verbrennungsofen zeichnen sich durch eine besonders gute Verbrennung von Abfällen, insbesondere auch der bei der Verbrennung gebildeten Gase aus, was nicht zuletzt auf die Zuführung von Frischluft zu den gebildeten Abgasen zurückzuführen ist. Von Nachteil ist jedoch bei diesem bekannten Verfahren, daß bei chargenweiser Abfallbeschickung je nach Größe des Ofens schon bei Abfallportionen oberhalb einziger kg eine unregelmäßige Verbrennung der Abfälle nicht zu vermeiden ist. Denn die Abfälle werden, wenn sie in den Verbrennungsraum, der eine Temperatur von etwa 800°C aufweist, eingegeben werden, infolge ihrer relativ großen Reaktionsfläche spontan vergast, was bei zu starker Gasentwicklung zu einer empfindlichen Störung des Luft-Gas-Gemisches führt. Die Folge hiervon ist eine schlechte Verbrennung mit Rußbildung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das auch bei ungleichmäßiger Beschickung mit Abfällen eine gleichmäßige Verbrennung der Abfälle gewährleistet, bei dem zugleich auf einfache und wirtschaftliche Weise die zur Verbrennung erforderliche Temperatur ständig erhalten wird. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abfälle zur Trocknung und Entgasung in einem die Abfälle aufnehmenden Raum unter Luftabschluß erhitzt werden und die dabei gebildeten Abgase sowie die entgasten Abfälle einer zwischen dem die Abfälle aufnehmenden Raum und der dem Raum unmittelbar nachgeschalteten Brennkammer vorgesehenen Engstelle zugeführt werden, an der die Frischluft den Abgasen und den entgasten Abfällen zu deren Verbrennung zugeführt wird, wobei zweckmäßigerweise die aus der Brennkammer abgesaugten Rauchgase zur Erhitzung der Abfälle genutzt werden.

Zwar sind aus "Maschinenmarkt", Würzburg, 81 (1975) 69, Seiten 1292 bis 1294 Verfahren bekannt, nach denen Abfälle vor der eigentlichen Verbrennung getrocknet, entgast und geschmolzen werden. Dadurch wird unter anderem erreicht, daß die Verbrennung von der Abfallbeschickung praktisch unabhängig ist. Zur Durchführung dieser bekannten Verfahren sind aus der vorgenannten Literaturstelle ferner als Hochverbrennungsanlagen bezeichnete Verbrennungsöfen bekannt, bei denen Abfälle in der vorgenannten Weise vorbehandelt und anschließend verbrannt werden. Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahren und Verbrennungsöfen jedoch, daß eine ausgeglichene Wärmebilanz Schwierigkeiten bereitet, da bei den bekannten Verbrennungsöfen ein hoher Kalorienaufwand erforderlich ist, um die Temperaturen ständig oberhalb des durchschnittlichen Schmelzpunktes zu halten. Um dies zu erreichen, werden den Abfällen bei den bekannten Verbrennungsöfen Brennmaterialien mit hohem Kaloriengehalt beigemischt, um zu erreichen, daß der Heizwert des zu verbrennenden Materials

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oberhalb von etwa 2 000 kcal/kg liegt. Auch wird die Verbrennungsluft in Cowpern auf 1 000°C erhitzt, was jedoch zu hohen Investitionen führt. Ferner ist schon vorgeschlagen worden, statt Luft reinen Sauerstoff in den Verbrennungsprozeß zu führen, um so das Aufheizen des Stickstoffes der Luft zu vermeiden. Auch das schlägt sich jedoch sowohl auf die Investitions- als auch auf die Betriebskosten. Demgegenüber ist es bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem das zu verbrennende Gut - die vorgetrockneten, erhitzten und dabei entgasten Abfälle und die bei der Entgasung gebildeten Abgase - sowie die zur Aufrechterhaltung der Verbrennung zugeführte Frischluft einer gemeinsamen Stelle, der Engstelle, zugeführt werden, auf einfache Weise möglich, nämlich durch Regulierung der Frischluftzufuhr und/oder durch Veränderung der Geschwindigkeit, mit der die Abfälle der Engstelle zugeführt werden, die für den Verbrennungsprozeß optimalen Bedingungen einzustellen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß den erhitzten Abfällen und den Abgasen vor der Engstelle aufgeheizte Frischluft im unterstöchiometrischen Mengenverhältnis zugeführt wird. Durch die Zufuhr der Frischluft, deren Temperatur mindestens 800⁰C betragen soll, wird erreicht, daß das vor der Engstelle befindliche Abfallmaterial teilweise verbrannt und die Entgasung des Abfallmaterials dabei intensiviert wird. Die Menge der oberhalb der Engstelle zugeführten Frischluft steht dabei zur Menge der direkt zu der Engstelle geführten Frischluft in einem hinsichtlich eines optimalen Brenn-

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Verhaltens des Brennofens ausgewogenen Verhältnis. Durch Änderung dieses Mengenverhältnisses ist es auf einfache Weise möglich, die Verbrennung zu steuern und somit das Brennverhalten zu bestimmen. Dabei ist es infolge des hohen Gasanteils an der Engstelle möglich, falls eine Schlackenschmelze gewünscht ist, in der Brennkammer auf Temperaturen von etwa 1 5OO°C zu kommen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht ferner darin, daß ein Teil der bei der Entgasung der Abfälle entstehenden Abgase aus dem die Abfälle aufnehmenden Raum abgesaugt wird. Auch hierdurch ist es möglich, den Verbrennungsvorgang zu steuern, indem überschüssige, für die Verbrennung der Abfälle nicht benötigte Gase der Verbrennung entzogen werden. Das hat den weiteren Vorteil, daß die überschüssigen Abgase externen Verbrennungsprozessen zugeführt werden können.

Selbstverständlich ist es für den Fall, daß schwerbrennbare Abfälle, beispielsweise Abfallschlämme, verbrannt werden sollen, auch möglich, den ernitzten Abfällen und den Abgasen vor der Engstelle die Verbrennung fördernde Gase, beispielsweise methanhaltiges Naturgas, zuzuführen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß der Erfindung ferner durch einen Verbrennungsofen der eingangs bezeichneten Art gelöst, der der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dient und bei dem der Übergang zwischen

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dem zentralen Schacht und der Brennkammer als Engstelle ausgebildet ist, an der die Frischluftzuführungen münden, daß der Abzugsraum so ausgebildet ist, daß er den zentralen Schacht umschließt und daß in dem Schacht eine Einrichtung zur Bewegung der Abfälle vorgesehen ist.

Dadurch, daß der Abzugsraum der Brennkammer den zentralen Schacht umschließt, werden die in dem durch den Schacht gebildeten Raum befindlichen Abfälle erhitzt, ohne daß eine zusätzliche Stützheizung erforderlich wäre. Durch die Einrichtung zur Bewegung der Abfälle wird das aufeinanderliegende Abfallmaterial umgeschichtet, wobei die Erhitzung des Abfallmaterials gefördert wird. Dabei wird zugleich erreicht, daß die Abfälle unter der Einwirkung der Schwerkraft der Engstelle zugeführt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung besteht darin, daß im unteren Teil des Schachtes oberhalb der Engstelle Frischluftzuführungen münden. Dadurch ist die Durchführung der Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung möglich, bei der den erhitzten Abfällen und den Abgasen zu deren teilweisen Verbrennung und Entgasung vor der Engstelle Frischluft im unterstöchiometrischen Mengenverhältnis zugeführt wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung besteht ferner darin, daß von außen in den Schacht reichende, an eine Absaugeinrichtung oder eine Brenngaszufuhr anschließbare Leitungen im unteren Teil des Schachtes münden. Dadurch ist es wahlweise möglich, einen Teil der bei der

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Entgasung der Abfälle entstehenden Abgase der Verbrennung zu entziehen oder, wenn schwerbrennbare Abfälle verbrannt werden sollen, den Abfällen die Verbrennung fördernde Gase zuzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist bei dem Verbrennungsofen ein zentraler Schacht 1 vorgesehen, unterhalb dessen eine nach unten durch eine Klappe 2 verschließbare Brennkammer 3 angeordnet ist, deren Abzugsraum 3a den zentralen Schacht 1 umschließt. In den Schacht 1, an den sich nach unten eine konisch ausgebildete Ofenmuffel 4 anschließt, ragt von oben ein rohrförmig ausgebildetes, an seinem unteren Ende sich konisch erweiterndes Teil 5 hinein, das am unteren Ende des Schachtes 1 mit der Ofenmuffel 4 am Übergang zur Brennkammer 3 eine als Ringspalt ausgebildete Engstelle bildet. Die Spaltweite dieser Engstelle ist je nach der Stellung des Teils 5, das in der Höhe verstellbar ist, veränderbar. In der am unteren Ende des rohrförmig ausgebildeten Teils 5 befindlichen Erweiterung ist ein Kegel 6 so angebracht, daß er mit dem rohrförmigen Teil an dessen unterem Ende Schlitze bildet, die der Engstelle zugewandt sind.

Wie aus der Zeichnung ferner hervorgeht, ist das rohrförmig ausgebildete Teil 5 koaxial derart von einem Rohr umgeben, daß dadurch eine von außen in den Schacht 1 reichende, im unte-

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ren Teil des Schachtes 1 mündende Leitung 7 gebildet wird. An dem die Leitung 7 bildenden Rohr sind in den durch den Schacht 1 und die Ofenmuffel 4 gebildeten schachtförmigen Raum seitlich hineinragende, stabförmige Teile 8 vorgesehen. Außerdem sind an der Innenwand des Schachtes 1 Rohre 9 vorgesehen, die mit ihrem oberen Ende über die Höhe des Abzugsraumes 3a reichen und deren unteres Ende sich am oberen Teil der Ofenmuffel 4 befindet.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist der Schacht 1 mit über eine Beschickungsbox 10 eingegebenen Abfällen bis etwa zur Höhe des Abzugsraumes 3a gefüllt. Die Zufuhr der Frischluft erfolgt einerseits über die am unteren Teil des rohrförmig ausgebildeten Teils 5 befindlichen Schlitze direkt zur Engstelle, andererseits in den oberen Teil des Schachtes 1. Die dem oberen Teil des Schachtes 1 zugeführte Frischluft gelangt dabei nicht durch die dicht gepackte Abfallsäule, sondern vielmehr über die Rohre 9, in denen sie ebenso wie die durch das Teil 5 geführte Frischluft aufgeheizt wird, in den unteren Teil der Säule, wo sie zur teilweisen Verbrennung und Entgasung des Abfallmaterials führt. In dem auf der Höhe der Rohre 9 befindlichen Teil der Abfallsäule befindet sich somit das Abfallmaterial praktisch unter Luftabschluß, durchläuft dabei jedoch eine intensive Trocknung und Entgasungsphase, da der zentrale Schacht 1 durch die heißen Rauchgase erhitzt wird, die durch den ihn umschließenden Abzugsraum 3a strömen.

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Befindet sich der Verbrennungsofen im thermischen Gleichgewicht, dann wird das Teil 5 mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebes in eine sehr langsame rotierende Bewegung versetzt. Durch das seitlich in die Abfallsäule hineinragende Teil 8 wird dabei das Abfallmaterial mitgenommen und dadurch eine Brückenbildung und die Bildung von Schwelnestern verhindert, wodurch einerseits der Entgasungsvorgang begünstigt, andererseits aber auch durch Änderung der Rotationsgeschwindigkeit des Teils 5 die Zufuhr des Abfallmaterials zur Engstelle gesteuert wird.

In dem in der Zeichnung durch Pfeile dargestellten Fall werden die überschüssigen Abgase durch die Leitung 7 abgesaugt. Jedoch ist es auch möglich, Brenngase durch die Leitung 7 den Abfällen zuzuführen.

Unverbrannte Anteile, die auf das auf der Klappe 2 befindliche Aschenbett fallen, werden von dem noch sauerstoffhaltigen heißen Gasstrom angeströmt und restlos ausgebrannt. Sie werden bei kontinuierlichem Betrieb des Ofens in Abständen von etwa ein bis zwei Tagen aus dem Ofen ausgeschleust.

Die in den Rauchgasen in den Abzugsraum 3a schwebend mitgeführten Feststoffanteile lagern sich an den am Ausgang des Abzugsraumes angebrachten Filtermatten 11 ab und werden hier durch den in den heißen Gasen noch vorhandenen Sauerstoff ebenfalls ausgebrannt. Die Filtermatten 11 bestehen aus gepreßten Matten aus Fasern von etwa 0,003 mm Stärke und haben eine Dicke von etwa 10 bis 15 mm.

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In einem dem in der Zeichnung dargestellten Verbrennungsofen entsprechenden Ofen wurde aus Tierkadaver, Papier und feuchtem Laub bestehendes Abfallmaterial, das einen Kaloriengehalt von etwa 1 500 kcal/kg aufwies, verbrannt und der Ofen dabei im thermischen Gleichgewicht bei einer Temperatur von über 1 00O⁰C in der Brennkammer gehalten.

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Claims

- yr - Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbrennen von Abfällen, bei dem Abgase in einer Brennkammer unter Zufuhr von Frischluft verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfälle zur Trocknung und Entgasung in einem die Abfälle aufnehmenden Raum unter Luftabschluß erhitzt werden und die dabei gebildeten Abgase sowie die entgasten Abfälle einer zwischen dem die Abfälle aufnehmenden Raum und der dem Raum unmittelbar nachgeschalteten Brennkammer vorgesehenen Engstelle zugeführt werden, an der die Frischluft den Abgasen und den entgasten Abfällen zu deren Verbrennung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den erhitzten Abfällen und den Abgasen vor der Engstelle aufgeheizte Frischluft im unterstöchiometrischen Mengenverhältnis zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der bei der Entgasung der Abfälle entstehenden Abgase aus dem die Abfälle aufnehmenden Raum abgesaugt wird.

4. Verbrennungsofen für Abfälle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem zentralen Schacht zur Aufnahme der Abfälle, einer unterhalb des Schachtes ange-

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ORIGINAL INSPECTED

ordneten, einen verschlossenen Boden aufweisenden Brennkammer mit in dem sich unmittelbar an den Schacht anschließenden Teil der Brennkammer vorgesehenen Frischluftzuführungen, wobei die in der Brennkemmer gebildeten Rauchgase über Austrittsöffnungen im Abzugsraum der Brennkammer zu einem Rauchabzug geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen dem zentralen Schacht (1) und der Brennkammer (3) als Engstelle ausgebildet ist, an der die Frischluftzuführungen münden, daß der Abzugsraum (3a) so ausgebildet ist, daß er den zentralen Schacht (1) umschließt und daß in dem Schacht eine Einrichtung (5,7,8) zur Bewegung der Abfälle vorgesehen ist.

5. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Schachtes

(1) oberhalb der Engstelle Frischluftzuführungen (9) münden.

6. Verbrennungsofen nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß von außen in den Schacht (1) reichende, an eine Absaugeinrichtung oder eine Brenngaszufuhr anschließbare Leitungen (7) im unteren Teil des Schachtes (1) münden.

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