DE2654041B1 - Einrichtung und Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Verbrennung fester und gegebenenfalls zusätzlich flüssiger Abfallstoffe mit zwei vertikal übereinanderliegenden Kammern, einer Pyrolyse- und einer an diese unmittelbar unten anschließende Verbrennungskammer.
Es ist bereits eine Einrichtung zur Verbrennung von festen Abfallstoffen bekannt, die eine obere Pyrolyse- und eine unmittelbar anschließende untere Verbrennungskammer aufweist. Die obere Pyrolysekammer mündet hierbei mit im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt in die untere Verbrennungskammer aus. Die als Ringraum ausgebildete Brennkammer umschließt gegen die Vertikale geneigt verlaufende Rostflächen, auf denen sich der Füllinhalt der Pyrolysekammer abstützt. Die über den Rost herabgleitenden Feststoffe werden hierbei von den Brennerflammen beaufschlagt, ausgebrannt und erschmolzen. Der Rost bildet hierbei zugleich den oberen Abschluß der Schlackenkammer, in die hinein die in der Brennkammer aus den Pyrolyserückständen gebildeten Schlacken schmelzflüssig eingeleitet und am Boden in einer Wasservorlage abgekühlt werden. Ein Teil der Abgase der Verbrennungskammer wird mit dem Ziel der Wärmerückführung im Gegenstrom zu den Abfallstof-
fen durch die Vergasungs- und Entgasungs- und schließlich die Trocknungszone der Pyrolysekammer nach oben geführt. Die in der Pyrolysekammer gebildeten Pyrolysegase werden am oberen Ende der Pyrolysekammer herausgeführt, außerhalb der Einrichtung gekühlt, korrosive Bestandteile abgeschieden und sowohl in die Trocknungszone der Pyrolysekammer als auch in die Brennkammer als Zusatzbrennstoff zurückgeführt.
Das aus dem Oberteil der Pyrolysekammer abgezogene Pyrolysegas wird gekühlt und flüssige Bestandteile in einem Abscheider abgetrennt. Der nicht kondensierbare Bestandteil der Pyrolysegase wird im Gegenstrom zu den heißen, ungereinigten Pyrolysegasen zu deren Kühlung geführt, bevor sie als Brenngas in der Einrichtung wieder verwendet werden. Die nicht in die Pyrolysekammer eingeführten Abgase der Verbrennungskammer übertragen außerhalb der Einrichtung ihre Abwärme an die der Vergasungszone und die unter dem Rost zugeführte Verbrennungsluft. Bevor dieser Abgasstrom über den Kamin abgeleitet wird, erfolgt eine weitere Abgaswärmeausnutzung für externe Wärmeverbraucher und das Entfernen des Staubes über Filter üblicher Bauart (GB-PS 13 65 125).
Mit der vorgenannten Einrichtung lassen sich Abfallstoffe der unterschiedlichsten Art verarbeiten und in eine Schmelzschlacke überführen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Gegenstromführung von Abfallstoffen und Gasen in der Pyrolysekammer zum Zwecke des direkten Wärmetausches die teilweise oder auch vollständige verbrennungstechnische Nutzung der Pyrolysegase für das Verfahren nur nach Rückführung über externe Wärmetausch- und Gasreinigungseinrichtungen zu realisieren ist und damit sehr komplizierte und teure Gesamteinrichtungen erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung derart auszubilden und in dieser ein Pyrolyse- und ein Verbrennungsverfahren durchzuführen, daß einfach und wirtschaftlich auch bei ungleichmäßiger Beschickung Abfallstoffe unterschiedlichster Verbrennungseigenschaften pyrolisiert sowie anschließend verbrannt werden, wobei selbst für Abfallstoffe niedrigen Heizwerts die erforderlichen Temperaturen ständig aufrechterhalten bleiben und ferner, daß eine Erweiterung der Einrichtung für steigende Kapazitäten sowohl einfach vorzunehmen als auch in diesen das Verfahren gleichermaßen zuverlässig durchzuführen ist.
Zur Lösung vorgenannter Aufgabe ist die Einrichtung zur Verbrennung von Abfallstoffen gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle der Verbrennungskammer die Außenwandungen der Pyrolysekammer derart teilweise oder vollständig bedecken, daß die überdeckten Wandflächen der Pyrolysekammer zugleich die Innenwand des bzw. der Gasabzugskanäle bildet, der Schlankheitsgrad der Pyrolysekammer derart ausgeführt ist, daß die durch die Abgaskanäle zugeführte Wärme während des Durchlaufs der Abfallstoffe bis zum Kern der Schüttung vordringt, ferner zwischen Pyrolyse- und Verbrennungskammer ein oder mehrere Schleusenelemente mit gegenüber der Pyrolysekammer geschlossener Oberseite auf einer Welle oder Achse gelagert sind, die bei ihrer Bewegung Durchgangsöffnungen unterschiedlicher Größe für das Ausschleusen der festen und gasförmigen Pyrolyseprodukte aus der Pyrolysekammer in die Verbrennungskammer hinein freigeben und daß Verbrennungsluftzuführungen unterhalb der Schleusenelemente in die Verbrennungskammer münden.
In Weiterentwicklung dieses Grundgedankens ist ein Verbrennungsreaktor derart ausgeführt, daß eines der lichten Maße des Querschnitts der Pyrolysekammer 1000 mm nicht überschreitet und daß zumindest die dieses lichte Maß begrenzenden Wandungen der Pyrolysekammer Abgaskanäle der an diese Kammer unmittelbar anschließenden Verbrennungskammer tragen. Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet für die Pyrolysekammer Wände, die im wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufen, wobei die Kammerbreite 300 bis 1000 mm beträgt und die Kammerbreite zur Kammerlänge im Verhältnis 1 :1 bis 1 :5 steht.
Von Vorteil kann es hierbei sein, daß auf dem einen Paar gegenüberliegender Wände der Pyrolysekammer Abgaskanäle der Verbrennungskammer verlaufen, während im Bereich oder auf dem anderen Paar gegenüberliegender Wände sich Lagerung und Betätigungs- oder Antriebseinrichtungen für die beweglichen Schleusenelemente abstützen.
Durch die gewählte Form und die Bemessung des Kammerquerschnitts werden große Wandflächen zur Wärmeübertragung von den Verbrennungsabgasen zu den festen Abfallstoffen und geringe Wärmeleitwege von der Kammerwandung bis zum Kern der Schüttung zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise wird Wärme für die endothermen Pyrolysevorgänge in die Pyrolysekammer aus den exothermen Verbrennungsvorgängen der Pyrolyseprodukte in der Verbrennungskammer zurückgeführt. Für den Verfahrensablauf ist ein gewisser mittlerer Mindestheizwert der festen Abfallstoffe Voraussetzung. Dieser Heizwert läßt sich nunmehr in einfacher Weise auch bei heizwertarmen Abfallstoffen durch Beigabe von heizwertreichen herstellen und damit hochwertige Brennstoffe für eine Stützfeuerung einsparen.
Eine vorteilhafte Ausbildungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß das oder die Schleusenelemente derart ausgebildet sind und mit den Verbrennungsluftzuführungen in Verbindung stehen, daß Verbrennungsluft durch die Schleusenelemente hindurchströmt und durch öffnungen auf ihrer Unterseite in die Verbrennungskammer austritt. Dabei werden die Schleusenelemente in vorteilhafter Weise durch die Verbrennungsluft gekühlt.
Zur Zuführung von Luft in den untersten Teil der Pyrolysekammer münden Luftzuführungen oberhalb der Schleusenelemente in die Pyrolysekammer.
Eine besonders raumsparende sowie hinsichtlich der Funktionssicherheit des Verfahrens vorteilhafte Lösung läßt sich für steigende Verarbeitungskapazitäten dadurch erzielen, daß mehrere Pyrolysekammern seitlich derart unmittelbar aneinander anschließen, daß zwischen benachbarten Kammern jeweils ein gemeinsamer Abgaskanal ist.
Für das Anfahren der Verbrennungseinrichtung sind Brenner vorgesehen, die in Strömungsrichtung vor und/oder nach den Schleusenelementen angeordnet sein können. Diese Brenner sind zum Schutz und besseren Zugang im Kopf von Brennerschächten auf gegenüberliegenden Kammerwänden bei Rechteckform des Querschnitts denjenigen geringerer Breite angeordnet.
Um auch bei Unterschreitung des Mindestheizwerts der Abfallstoffe die erforderlichen Verbrennungstemperaturen in jedem Falle sicherzustellen, sind Stützbrenner vorgesehen. Diese werden unterhalb der beweglichen Schleusenelemente analog zu den Anfahrbrennern der
Pyrolysekammer in den Wänden der unteren Verbrennungskammer angeordnet.
Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Abgaswärme des exotherm verlaufenden Verbrennungsvorgangs der Verbrennungskammer durch die Wandungen der dieser vorgeschalteten Pyrolysekammer derart über kurze Wärmeleitwege bis zum Kern der Abfallschüttung zurückgeführt wird, daß in der Pyrolysekammer die endothermen Trocknungs-, Ent- und Vergasungsvorgänge ablaufen, ferner Schleusenelemente im Übergangsquerschnitt zwischen Pyrolyse- und Verbrennungskammer bewegt und unterschiedliche Öffnungsquerschnitte bei ihrer Bewegung für den Durchgang der festen und gasförmigen Pyrolyseprodukte der Pyrolysekammer freigegeben werden sowie oberhalb von den Schleusenelementen zur Bildung eines Glutbettes mit ausreichendem Volumen und ausreichender Temperaturhöhe zur Erzielung einer möglichst weitgehenden Vergasung der Abfallstoffe Luft zugegeben wird, wobei die Festigkeit der festen Pyrolyserückstände so weit herabgesetzt wird, daß sie bei der Bewegung der Schleusenelemente so weit zerkleinert werden, daß die bei der Zerkleinerung erreichte Teilchengröße einen vollständigen Ausbrand der festen Pyrolyserückstände in der Verbrennungskammer gewährleistet und daß zur Verbrennung der Pyrolyseprodukte Verbrennungsluft unterhalb der Schleusenelemente zugegeben wird.
Noch brennbare Pyrolyserückstände, die in die Brennkammer gelangen, werden in dieser vollständig ausgebrannt. Bei unzureichendem Wassergehalt der Abfallstoffe können diese vor ihrem Eintritt in die Pyrolysekammer oder in einem Abschnitt derselben einer Befeuchtung mit Wasser oder Dampf unterzogen werden. Diese Maßnahme stellt den Ablauf einer vollständigen Wassergasreaktion sicher.
Die Schleusenelemente erfüllen somit drei Aufgaben, die Abfallstoffe zur Bildung eines ausreichenden Glutbettvolumens zurückhalten, diese bei ihrer Bewegung sowohl nur bis zu einer gewünschten Größe in die Verbrennungskammer durchtreten lassen als auch eine Zerkleinerung und Umschichtung der Abfallstoffe in der Pyrolysekammer zu bewirken. Durch das verfahrensgemäße Vorgehen werden endotherme und exotherme Teilvorgänge voneinander räumlich getrennt, lassen sich unabhängig voneinander beeinflussen und der Gesamtprozeß ist über einfache Regelungs- und Steuervorgänge eindeutig zu führen. Mit dem Gegenstand der Erfindung und dem damit durchgeführten Verfahren wird ein Wärmekreislauf innerhalb der Einrichtung gebildet und die Abwärme für den eigenen Prozeß zurückgeführt, so daß weitgehend ohne Einsatz von Zusatzbrennstoff Pyrolyse- und Verbrennungsvorgang innerhalb der Einrichtung ablaufen.
Mit der erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtung können ohne Vorbehandlung feste und teigig werdende Abfälle, unter Zugabe auch flüssiger, gleichzeitg verbrannt werden. Dazu zählen Hausmüll, Sondermüll, radioaktive Abfälle und Klinikmüll, für die in vielen Fällen getrennte und unterschiedlich aufgebaute Einrichtungen mit zahlreichen externen Hilfseinrichtungen, insbesondere Wärmetauscher und Abscheider, nebeneinander betrieben werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch die Mittelachse der Verbrennungseinrichtung parallel zur Kammerwandseite größerer Breite und
F i g. 2 einen Schnitt durch die Mittelachse parallel zur Kammerwandseite geringerer Breite.
Gemäß der Darstellung in F i g. 1 werden die Abfallstoffe in Fässern la, 16 angeliefert, diese geöffnet und mit einer Kippvorrichtung 3a, 36 um 180° auf die Eingabestutzen 5a, 5b gedreht. Nach Öffnen der Verschlüsse 2a, 2b von Kippvorrichtung und Eingabestutzen gelangen die Abfälle in die Pyrolysekammer 8 und sammeln sich auf den Schleusenelementen 10a, 106
ίο am Übergang zur unteren Verbrennungskammer 12. Auf gegenüberliegenden Seiten der Pyrolysekammer 8 sind Brenner 14a, Hb am Kopf von Brennerstutzen 16a, 166 derart angeordnet, daß die Achsen der beiden Flammenkegel sich auf der Mittelachse in einem Punkt schneiden.
Nach Zünden der Brennerflamme wird ihre Wärmezufuhr im Inneren der Abfallschüttung konzentriert und die endotherm verlaufenden Trocknungs-, Ent- und Vergasungsvorgänge eingeleitet und die Brenner nach Anlaufen des Gesamtprozesses wieder abgeschaltet. Durch Bewegen der Schleusenelemente 10 nach unten und wieder zurück in die Horizontale über nicht dargestellte, nach außen geführte Handhaben oder einen entsprechenden Antrieb wird einerseits der Spalt 18 vergrößert und wieder verkleinert, andererseits der Inhalt der Pyrolysekammer 8 umgeschichtet. Die Bewegung des Kammerinhalts in Verbindung mit den endothermen Teilvorgängen bewirkt eine Zerkleinerung der Pyrolyserückstände. Feste Rückstände, die den Spalt 18 passieren können und in die untere Verbrennungskammer 12 fallen, werden, falls sie noch brennbare Anteile enthalten, in der Verbrennungskammer vollständig ausgebrannt. Die für die Verbrennung der Pyrolyseprodukte innerhalb der unteren Verbrennungskammer 12 erforderliche Verbrennungsluft wird über Anschlüsse 9a, 9b im Bereich der Schwenkachsen der Schleusenelemente 10a, 106 in die Einrichtung eingeführt. Die Verbrennungsluft durchströmt hierbei die Schleusenelemente und tritt über öffnungen 11a, 116 auf der Unterseite der Schleusenelemente in die Verbrennungskammer 12 aus, kühlt gleichzeitig die Schleusenelemente, wodurch diese vor einer thermischen Überlastung durch die Vorgänge in der oberen Pyrolyse- und unteren Verbrennungskammer bewahrt werden.
Am Boden der Verbrennungskammer 12 wird der sich ausbildende Schüttkegel von einem Ascheaustragsrahmen 19 umschlossen, mit dem die ausgebrannten Aschebestandteile — in der Darstellung nach hinten —
so in eine Ascheaustragskammer 20 gefördert werden. An die in der Darstellung rechte Seite des Bodens der Ascheaustragskammer ist eine Austragsschleuse 22 angeschlossen, über die die ausgekühlte Asche mittels einer Aschefördereinrichtung 21 in ein Aschefaß 24 mit Deckelverschluß 26 ausgetragen wird.
F i g. 2 zeigt die Einrichtung in einer Darstellung, bei der der Schnitt durch die Mittelachse parallel zur Wandfläche geringerer Breite geführt ist. Aus dieser Darstellung wird die Anordnung der Abgaskanäle 28a, 286 und der Ascheaustragskammer ersichtlich. Zu beiden Seiten der Pyrolysekammer sind Abgsakanäle 28a, 286 angeordnet, so daß mit dem Abzug der Abgase aus der Verbrennungskammer 12 die Wandungen der Pyrolysekammer 8 beidseitig beaufschlagt und beheizt werden. In diesen Gasabzugskanälen sind Filter 30a, 306 angeordnet, die von den Abgasen vor ihrem Eintritt in die Sammelleitung 32a und nachfolgend in den Abgasstutzen 32 durchströmt werden. Die seitlich
versetzt angeordnete AscheaustragEkammer 20 ist mit einer Sprühvorrichtung 20a versehen, um das Auskühlen der Asche zu beschleunigen. An den Stutzen 206 im Deckel der Ascheaustragskammer schließt eine nicht dargestellte Wasserleitung an. Der seitliche Hilfsschacht 20c dient der Aufnahme des Ascheaustragsrahmens in der Endstellung auf der Seite der Ascheaustragskammer.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Mittelachse der Ascheaustragskammer zur Mittelachse der oberen Pyrolyse- und der unteren Verbrennungskammer versetzt auf der Kammerwandseite größerer Breite angeordnet. Die Gesamthöhe der Verbrennungseinrichtung läßt sich auf diese Weise unter Berücksichti
gung des erforderlichen Freiraumes für Zugang und Bedienung des Ascheaustrags geringer halten. Für den Ascheaustrag stehen die unterschiedlichsten Wege offen. Vorteilhaft ist eine Schieberplatte oder ein Schieberrahmen, mit dem der Aschekegel am Boden der unteren Kammer in die Ascheausstragskammer hinein abgetragen wird. In der ascheaustragskammerseitigen Endstellung wird hierbei der Rahmen von einem Hilfsschacht aufgenommen, der ihn auf drei Seiten sowie unten und oben umschließt, während er auf der vierten Seite in die Ascheaustragskammer ausmündet Der Hilfsschacht steht somit unter dem gleichen Unterdruck wie die angeschlossene Verbrennungseinrichtung.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
809 511/498

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Verbrennung fester und gegebenenfalls zusätzlich flüssiger Abfallstoffe mit zwei vertikal übereinanderliegenden Kammern, einer Pyrolyse- und einer an diese unmittelbarunten anschließenden Verbrennungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle (28a, 28b) der Verbrennungskammer (12) die Außenwandungen der Pyrolysekammer (8) derart teilweise ι ο oder vollständig bedecken, daß die überdeckten Wandflächen der Pyrolysekammer zugleich die Innenwand des bzw. der Gasabzugskanäle bildet, der Schlankheitsgrad der Pyrolysekammer (8) derart ausgeführt ist, daß die durch die Abgaskanäle >s zugeführte Wärme während des Durchlaufs der Abfallstoffe bis zum Kern der Schüttung vordringt, ferner zwischen Pyrolyse- und Verbrennungskammer ein oder mehrere Schleusenelemente (10) mit gegenüber der Pyrolysekammer (8) geschlossener Oberseite auf einer Welle oder Achse gelagert sind, die bei ihrer Bewegung Durchgangsöffnungen (18) unterschiedlicher Größe für das Ausschleusen der festen und gasförmigen Pyrolyseprodukte aus der Pyrolysekammer (8) in die Verbrennungskammer (12) hinein freigeben und daß Verbrennungsluftzuführungen (9a, 9b) unterhalb der Schleusenelemente (10) in die Verbrennungskammer münden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der lichten Maße des Quer-Schnitts der Pyrolysekammer (8) 1000 mm nicht überschreitet und daß zumindest die dieses lichte Maß begrenzenden Kammerwandungen der Pyrolysekammer Abgaskanäle (28a, 28b) der an diese Kammer unmittelbar anschließenden Verbrennungskammer (12) tragen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Pyrolysekammer (8) im wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufen, die Kammerbreite 300 bis 1000 mm beträgt und die Kammerbreite zur Kammerlänge im Verhältnis 1 :1 bis 1 :5 steht.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem einen Paar gegenüberliegender Wände der Pyrolysekammer Abgaskanäle (28a, 28b) der Verbrennungskammer (12) verlaufen, während im Bereich oder auf dem anderen Paar gegenüberliegender Wände sich Lagerung und Betätigungs- oder Antriebseinrichtungen für die beweglichen Schleusenelemente (10) abstützen. so
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Schleusenelemente (10) derart ausgebildet sind und mit den Verbrennungsluftzuführungen (9a, 9b) in Verbindung stehen, daß Verbrennungsluft durch die Schleusenelemente (10) hindurchströmt und durch Öffnungen (Ha, lib) auf ihrer Unterseite in die Verbrennungskammer (12) austritt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Luftzuführungen oberhalb der Schleusenelemente (10) in die Pyrolysekammer münden.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pyrolysekammern (8) seitlich derart unmittelbar aneinander anschließen, daß zwischen benachbarten Kammern jeweils ein gemeinsamer Abgaskanal (28) angeordnet ist.
8. Verfahren zur Verbrennung fester und gegebenenfalls zusätzlich flüssiger Abfallstoffe, bei dem diese in einer Pyrolysekammer getrocknet, ent- und vergast und gasförmige und feste Pyrolyseprodukte in einer unmittelbar anschließenden Verbrennungskammer verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Abgaswärme des exotherm verlaufenden Verbrennungsvorgangs der Verbrennungskammer durch die Wandungen der dieser vorgeschalteten Pyrolysekammer derart über kurze Wärmeleitwege bis zum Kern der Abfallschüttung zurückgeführt wird, daß in der Pyrolysekammer die endothermen Trocknungs-, Ent- und Vergasungsvorgänge ablaufen, ferner Schleusenelemente im Übergangsquerschnitt zwischen Pyrolyse- und Verbrennungskammer bewegt und unterschiedliche Öffnungsquerschnitte bei ihrer Bewegung für den Durchgang der festen und gasförmigen Pyrolyseprodukte der Pyrolysekammer freigegeben werden sowie oberhalb von den Schleusenelementen zur Bildung eines Glutbetts mit ausreichendem Volumen und ausreichender Temperaturhöhe zur Erzielung einer möglichst weitgehenden Vergasung der Abfallstoffe Luft zugegeben wird, wobei die Festigkeit der festen Pyrolyserückstände so weit herabgesetzt wird, daß sie bei der Bewegung der Schleusenelemente so weit zerkleinert werden, daß die bei der Zerkleinerung erreichte Teilchengröße einen vollständigen Ausbrand der festen Pyrolyserückstände in der Verbrennungskammer gewährleistet und daß zur Verbrennung der Pyrolyseprodukte Verbrennungsluft unterhalb der Schleusenelemente zugegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Abfallstoffe unzureichenden Wassergehalts vor ihrem Eintritt in die Verbrennungskammer oder in einen Abschnitt derselben einer Befeuchtung mit Wasser oder Dampf unterzogen werden.
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