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Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, sowie Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, bei welchem die Durchsatzmenge des Brenngutes in Abhängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die
Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist, in den Feuerraum Wasser eingeführt wird und durch Erwär- mung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Wassers die Verbrennungsgase im Feuerraum gekühlt werden, wobei die eingeführte Wassermenge in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase geregelt wird, und einen Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens.
Bekanntlich fallen in den städtischen Kläranlagen und in derIndustrie vielfach Abwässer an, die nicht nur stark verschmutzt, sondern sogar verseucht, d. h. mit toxisch wirkendem Schmutz, Salzen, Säuren und Riechstoffen oder sogar ausgesprochenen Giftstoffen beladen sind, so dass diese Abwässer, die in Form von wässerigen Lösungen und/oder Suspensionen anfallen, nicht in natürliche Gewässer bzw. in die Kanalisation abgelassen werden können. Abgesehen vom Problem der hygienischen Vernichtung von verseuchten Industrieabwässern, die oftmals hohe Gehalte an Salzen, Säuren und Giftstoffen aufweisen, stellt auch die hygienisch einwandfreie Beseitigung der in den städtischen Kläranlagen anfallenden Schlammsuspensionen mit einem Feststoffgehalt bis zu 8% ein noch immer offenes Problem dar.
Anderseits besteht bei der Abfall- und insbesondere Müllverbrennung ein Problem darin, dass im Verbrennungsofen entwickelte Wärme einfach und unmittelbar, d. h. ohne besonderen apparativen Aufwand, verwertet wird.
Gemäss der Erfindung soll nun eine gleichzeitige Lösung dieser beiden Probleme im Rahmen der Abfall-, insbesondere Müllverbrennung gefunden werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Verbrennung der Abfallstoffe bzw. des Mülls mit der Vernichtung von verseuchtem Abwasser, insbesondere aus kommunalen Abwasser-Kläranlagen, dadurch vereinigt wird, dass das Abwasser in feinverteiltem Zustand in den Feuerraum eingeführt und die durch die Verbrennung der Abfallstoffe erzeugte nutzbare Wärme mindestens annähernd vollständig zur Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Abwassers verwendet wird.
Der Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Verbrennungsrostes in mindestens einer Wand des Ofens mindestens eine Abwassereinspritzdüse angeordnet ist.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die Überlegung zugrunde, dass es möglich sein muss, bei dem bekannten Abfallverbrennungsverfahren statt reinen Wassers verschmutzte und/oder verseuchte Abwasser, wie sie in städtischen Kläranlagen bzw. Industrieanlagen anfallen, in den Feuerraum einzuführen, so dass einerseits die einzelnen Abwassertröpfchen durch direkten Kontakt mit den heissen Verbrennungsgasen verdampfen und zugleich die darin in Lösung bzw. Suspensionen enthaltenen brennbaren Feststoffe in der Schwebe verbrennen und anderseits die heissen Verbrennungsgase auf eine durch die zulässige Feuerraumtemperatur bedingte Temperatur, d. h. auf eine Rauchgastemperatur in der Grössenordnung von zirka 600 bis 800 C abgekühlt werden, d. h. bei Temperaturen, bei welchen allfällige organische
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Riechstoffe zerstört werden.
Danach kann durch weitere Einspritzung von Wasser und/oder Abwasser die
Austrittstemperatur der Abgase bis auf zirka 3000C gesenkt werden. Durch diese Massnahme wird zu- gleich einmal eine einfache und unmittelbare Wärmeverwertung ohne besonderen apparativen Aufwand und zum ändern eine überaus hygienische Abwasservemichtung erreicht.
Eine Betrachtung des durchschnittlichen Anfalles an Müll und im flüssigen Faulschlammenthalte- nen Wassers im Hinblick auf das hier vorgeschlagene Verfahren bestätigt, dass auf dem wichtigen Gebiet der hygienischen Beseitigung der gesamten biologischen Abfälle die vorgeschlagene Kombination von
Müllverbrennung und kommunaler Abwasserbehandlung auch hinsichtlich der Wärmebilanz praktisch realisierbar ist, wie folgende Überlegung zeigt :
Die pro Einwohner und Jahr anfallende Menge von Müll kann zur Zeit mit 250 kg angenommen werden, wobei der infolge des wachsenden Lebensstandards stetig steigende Heizwert des Mülls heute im Bereich von l500bis 2000 kcal/kg liegt, so dass beim anfallenden Müll mit einer latenten Wärme- menge von 0, 38 bis 0, 50 Gcal pro Einwohner und Jahr zu rechnen ist.
Anderseits beträgt die im flüs- sigen Faulschlamm anfallende Menge an Trockensubstanz zirka 30 kg pro Einwohner und Jahr, was bei dem schon erwähnten Feststoffanteil des Schlammes von 8%, d. h. also bei einem Wassergehalt von 92%, eine Wassermenge von zirka 350 kg pro Einwohner und Jahr darstellt. Zur Verdampfung dieser Wasser- menge und ihrer anschliessenden Überhitzung auf 3000C, d. h. auf die Austrittstemperatur der Abgase aus der Anlage nach deren Gesamtabkühlung, ist eine Wärmemenge von zirka 0, 25 Gcal pro Einwoh- ner und Jahr erforderlich. Diese Wärmemenge stellt aber, je nach dem Heizwert des Mülls, einen Anteil von 66 bis 50% der durch die Müllverbrennung erzeugten Wärme dar, was innerhalb der üblichen Wär- meausnutzungs- Grade der heutigen Müllverbrennungsöfen liegt.
Eine beispielsweise Durchführungsform des Verfahrens, bei dem Abwasser in fein verteiltem Zustand in den Feuerraum eingeführt wird, angewendet bei einem Ofen zur Verbrennung von Müll, soll im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben werden.
In der Zeichnung ist der Müllverbrennungsofen in einem Längsschnitt dargestellt. Der Ofen weist einen Vortrocknungsrost 1 und einen an diesen sich anschliessenden, mit Unterwind versorgten Verbrennungsrost 2 auf. Der Müll wird über einen Einfülltrichter 3 auf den Vortrocknungsrost 1 aufgegeben. Der mit 4 bezeichnete Feuerraum ist mit feuerfesten Steinen und dahinterliegendem Isoliermauerwerk ausgemauert und weist keine Kesselheizflächen auf. Die Verbrennungsgase verlassen den Feuerraum 4 über eine Abzugsöffnung 5.
Oberhalb des Verbrennungsrostes ist an den beiden Seitenwänden des Ofens je eine Reihe von mehreren Einspritzdüsen 8'angeordnet, durch die das Abwasser in fein zerstäubter Form in den Feuerraum 4 eingeführt wird. Diese Düsen können regulierbar und/oder in ihrer Blasrichtung verstellbar sein. Die Bauart, Bemessung sowie der Baustoff der Düsen sind der Natur der Abwässer bzw. der durch die Zerstäubung bedingten Beanspruchung angepasst.
Das in Form kleinster Tröpfchen in den Feuerraum 4 eingeführte Abwasser wird durch direkten Kontakt mit den durch die Müllverbrennung erzeugtenheissen. Verbrennungsgasen verdampft und überhitzt, wobei die frei gewordenen organischen Feststoffteilchen in der Schwebe verbrennen, während die mineralischen verdampfen, zersetzt werden oder auch als Flugstaub vom Rauchgasstrom erfasst werden.
Hiebeikühlen sich zugleich die heissen Müll verbrennungsgase so weit ab, dass eine vorbestimmte Feuerraumtemperatur in der Grössenordnung von zirka 600 bis 8000C eingehalten und somit das feuerfeste Mauerwerk des Ofens nicht unzulässig hoch beansprucht wird. Dadurch, dass infolge der Rauchgao ! {ühlung der Ascheerweichungspunkt nicht erreicht wird, kann auch ein Ankleben von teigig gewordener Flugasche an den Feuerraumwänden nicht auftreten. Durch weitere Abwassereindüsung werden die Rauchgase weiter abgekühlt, so dass sie schliesslich mit einer Temperatur in der Grössenordnung von 3000C aus der Anlage in die Atmosphäre austreten.
Das Abwasser kann, soweit es seine Beschaffenheit erlaubt, bevor es in den Feuerraum eingeführt wird, vorerhitzt werden, u. zw. z. B. durch die bereits abgekühlten Verbrennungsgase des Ofens. Zu diesem Zweck kann eine Rohrschlange 6, welcher das zu erhitzende Abwasser vor Eintritt in den Feuerraum zugeführt wird, in Richtung der Rauchgasströmung hinter dem Feuerraum, etwa im Bereich des Abzuges, vorgesehen sein. Dadurch, dass an dieser Stelle die Verbrennungsgase infolge ihrer Wärmeabgabe an das in den Feuerraum 4 eingesprühte Abwasser bereits abgekühlt sind, können Anwachsungen von teigig gewordener Flugasche an der Rohrschlange 6 nicht auftreten. Nach Durchströmung der Rohrschlange 6 wird das vorerhitzte Abwasser über Rohrleitungen 7 den Einspritzdüsen 8 zugeführt.
Dadurch, dass keine Heizflächen im Feuerraum bzw. in einem nachgeschalteten Ofenzug angeord-
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net sind, steht die gesamte im Feuerraum erzeugte Verbrennungswärme zur Verdampfung und Überhitzung des Wasseranteiles und als Zündwärme zur Verbrennung des Feststoffanteiles des in den Ofen eingeführten Abwassers zur Verfügung.
Auf diese Weise wird es ermöglicht, ohne besonderen apparativen Aufwand, wie er durch Einbau von Kesselheizflächen bedingt ist, die im Abfallverbrennungsofen erzeugte Verbrennungswärme auf einfache Weise direkt zu verwerten, gleichzeitig die im Hinblick auf die zulässige Feuerraumtemperatur erforderliche Abkühlung der heissen Verbrennungsgase herbeizuführen und drittens zugleich auch eine hygienische Abwasservemichtung zu gewährleisten.
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nur zugleich das Problem der Beseitigung vonAbfällen, insbesondere Müll, und der Beseitigung von Klärschlamm bzw.
Abwasser in hygienisch ein- wandfreier Weise gelöst, sondern auch eine Möglichkeit geschaffen, dies in bereits vorhandenen, älte- ren Müllverbrennungsanlagen ohne Wärmeverwertung, die durch den ständig steigenden Müllheizwert immer mehr übelbeansprucht sind bzw. nur noch mit entsprechend verringertem Mülldurchsatz gefahren werden können, durchzuführen, so dass eine Aufwertung solcher bereits bestehender und vielleicht sogar stillgelegter Anlagen erreicht wird und Neuinvestitionen gespart werden können.
Das beschriebene Verfahren ist keineswegs auf die Verbrennung von Müll beschränkt. So kann es z. B. auch bei der Verbrennung von Industrieabfällen angewendet werden. Bei chemischen Abfällen ist vielfach der Heizwert infolge des steigenden Anteiles an Kunststoffen derart angestiegen, dass der resultierende Gemischheizwert mitunter bei 3000 kcal/kg und höher liegt. Der Betrieb mit diesem heizkräftigen Brennstoff führt oftmals in der ungekühlten Brennkammer zu unzulässig hohen Temperaturen. Deshalb ist auch hier das vorgeschlagene Verfahren von Bedeutung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere Müll, bei welchem die Durchsatzmenge des Brenngutes in Abhängigkeit vom Ascheerweichungspunkt durch die Höhe der Feuerraumtemperatur begrenzt ist, in den Feuerraum Wasser eingeführr wird und durch Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Wassers die Verbrennungsgase im Feuerraum gekühlt werden, wobei die eingeführte Wassermenge in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung der Abfallstoffebzw.
des Mtills mit der Vernich- tung von verseuchtem Abwasser, insbesondere aus kommunalen Abwasser-Kläranlagen, dadurch vereinigt wird, dass das Abwasser in feinverteiltem Zustand in den Feuerraum eingeführt und die durch die Verbrennung der Abfallstoffe erzeugte nutzbare Wärme mindestens annähernd vollständig zur Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung des eingeführten Abwassers verwendet wird.
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den Verbrennungsgasen zugemischt wird.
3. Verfahren nachAnspruchloder2, dadurch gekennzeichnet, dassdasAbwasserausserhalb des Feuerraumes durch die bereits gekühlten Verbrennungsgase vorerhitzt und daraufhin in den Feuerraum eingeführt wird.
4, Verbrennungsofen mit Rostfeuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Verbrennungsrostes (2) in mindestens einer Wand des Ofens mindestens eine Abwassereinspritzdüse (8 bzw. 8') angeordnet ist.