DE2732647A1

DE2732647A1 - Verfahren und vorrichtungen zur behandlung des abgases von einem ofen zur verbrennung von organischem material in einer sauerstoff-mangelatmosphaere

Info

Publication number: DE2732647A1
Application number: DE19772732647
Authority: DE
Inventors: Jun Charles F Von Dreusche
Original assignee: Nichols Engineering and Research Corp
Current assignee: Nichols Engineering and Research Corp
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2359375B1; FR2359375A1; US4078503A; GB1586175A; CA1082047A; GB1586174A; JPS6354973B2; DE2760396C2; DE2732647C2; JPS5331382A

Description

PAT K N TAN W Ä LT K DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ D I Pl.-I N G. W. E ITlE · D R. R E R. N AT. K. H O F FM A N N · D I PL. -1 N G. W. LE H N

DIPl.-ING. K.FUCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · DROOO MO N C H E N 81 · TE LE FO N |089) 9Π087 ■ TE LE X 05-29619 (PATH E)

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NICHOLS ENGINEERING AND RESEARCH CORPORATION, BELLE MEAD, N.J. /USA

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung des Abgases von einem Ofen zur Verbrennung von organischem Material in einer Sauerstoff-Mangelatmosphäre

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung des Abgases von einem Ofen zur Verbrennung von organischem Material in einer Sauerstoff-Mangelatmosphäre. Die Erfindung eignet sich neben anderen Anwendungsfällen insbesondere zur Behandlung der Abgase bei der Verbrennung von städtischem, industriellem oder kommunalem Müll, Abfall oder Unrat sowie Abwasserschlamm.

Gegenwärtig ist das Problem Luftverschmutzung zu vermeiden, besonders kritisch geworden. Die Ernsthaftigkeit dieses Problems drückt sich darin aus, dass die National Air Pollution Control Administration Air Criteria (US Public Health) als auch die Environmental Protection Agency konstant die Minimalanforderungen erhöht haben. Aufgrund der neuen und höheren Eckwerte bei Emissionen an die Luft wurde es sehr schwierig und kostspielig, die Abgase von einem solchen Veraschungsprozess zu

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behandeln. Dieses Problem wird erfindungsgemäss in einer neuen und verbesserten Weise wesentlich gemildert.

Eine Lösung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass man die heissen Abgase aus dem Ofen, die mit brennbarem und nicht brennbarem organischen Material beladen sind, zu einer Reinigungevorrichtung führt und danach die Gase zur Verbrennung einem Sekundärofen zuführt. In der Reinigungsvorrichtung wird aus dem Abgas das nicht brennbare Material entfernt, das anderenfalls als teilchenförmige Materie im Abgas aus dem Sekundärofen verbleiben würde. Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Abgase in der Reinigungsvorrichtung während der Entfernung der nicht brennbaren Materie auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden. Bei einer anderen Weiterbildung wird den in die Reinigungsvorrichtung gelangenden Gasen Wärme zugeführt, um die Temperatur in der Reinigungsvorrichtung auf etwa 649°C zu halten.

Bei einer anderen Lösung der Erfindung erfolgt die Abgasbehandlung unter Vorsehen von einer Brenner- und Wärmetauschervorrichtung mit einem Einlassbereich, einem Auslassbereich und einem Verbrennungsbereich. Die Abgase aus dem Ofen gelangen zum Einlassbereich, wo sie erhitzt werden, und dann zum Verbrennungsbereich, wo zur Unterhaltung der Verbrennung Luft eingeführt wird. Danach gelangen die Gase zur Kühlung zum Auslassbereich der genannten Vorrichtung. Von dort werden die Gase in einer Kühl- oder Abschreckvorrichtung abgekühlt, indem durch diese Vorrichtung ein Kühlfluid geführt wird. Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung werden die Gase von der Kühlvorrichtung zu einem Sekundärofen geleitet_; und bei einer anderen Weiterbildung wird Wasser und/oder Dampf den Gasen im

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Verbrennungsbereich der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung zugeführt. Der Einlassbereich, Auslassbereich und Verbrennungsbereich der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung kann aus einem inneren rohrförmigen Element, das die Abgase aus dem Ofen an einem Ende aufnimmt, und aus einem äusseren rohrförmigen Element gebildet sein, das das innere rohrförmige Element umgibt. Der Aus- und Einlass befinden sich an dem gleichen Ende der Vorrichtung, während der Verbrennungsbereich an dem gegenüberliegenden Ende der Vorrichtung angeordnet ist. Die durch den Einlassbereich strömenden Gase werden daher von den durch den Auslassbereich strömenden Gasen erwärmt. Bei einer Weiterbildung befinden sich die eintretenden Gase bei einer Temperatur von etwa 204 bis etwa 538°C und werden im Einlassbereich erwärmt, wonach sie auf eine Temperatur im Bereich von etwa 649 bis etwa 1O93°C im Verbrennungsbereich erhitzt werden. Danach werden sie im Auslassbereich auf eine Temperatur von etwa 204 bis 538°C abgekühlt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht von einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäss aufgebauten Vorrichtung zur Behandlung des Abgases von einem Ofen zur Verbrennung von organischem Material in einer Sauerstoff-Mangelatmosphäre, und

Fig. 2 eine schematische Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäss Fig. 1.

Bislang wurde zur Unterhaltung der Verbrennung am unteren Ende des Ofens ein Luftüberschuss eingegeben. Damit waren Probleme

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verbunden, da die mittleren Teile des Ofens leicht über die baulichen Auslegungsgrenzen des Ofens hinaus erhitzt wurden. Zur Beseitigung dieses Problems wurde es für erforderlich gehalten, am unteren Ende des Ofens mehr Luft oder Sauerstoff zuzuführen. So arbeitete ein solches System häufig mit einem Luftüberschuss von 1OO % (d.h. oberhalb des Wertes, der zum Unterhalt der Verbrennung erforderlich ist). Dieser Luftüberschuss wurde am unteren Ende des Ofens eingegeben, um dessen zentralen Bereich auf die zulässigen Grenzen abzukühlen. Die überschüssige Luft hat jedoch die Neigung, teilchenförmiges Material mitzureissen oder in die Abgase zu befördern, was wiederum Schwierigkeiten bei der Behandlung dieser Gase bereitete. In einer mit gleichem Datum wie die vorliegende Anmeldung eingereichten Anmeldung mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zum Veraschen von Abfallmaterial" ist ein neues und verbessertes System beschrieben, bei dem die Luftzufuhr so gesteuert wird, dass an den meisten Bereichen des Ofens ein Sauerstoffmangel im Vergleich zu dem für die vollständige Verbrennung theoretisch erforderlichen Betrag vorliegt. Hierdurch wird wesentlich das Problem verringert, doch ist nach wie vor eine Behandlung der Abgase notwendig.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat der dargestellte Ofen 1O einen oberen Einlass 12 für das Abfallmaterial, einen unteren Auslass 14 für Feststoffe und einen oberen Auslass 16 für das Abgas. Dieser Ofen kann irgendeine geeignete Bauart haben, z.B. ein Ofen mit mehreren Herden, ein Drehwellenschachtofen oder dergleichen sein. Er kann direkt oder indirekt befeuert werden. Die Verbrennung im Ofen erfolgt jedoch in einer Sauerstoff-Mangelatmosphäre in bezug auf den Betrag, der für eine vollständige Verbrennung theoretisch erforderlich wäre.Folgglich sind die am Abgasauslass 16 austretenden Abgase heiss

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und sowohl mit brennbarem als auch nicht brennbarem organischen Material beladen. Das heisst, diese Gase können teilchenföri.miges Material, Kohlenwasserstoffe, Carbonyle, stabile organisghe Aerosole (einschliesslich Teernebel oder BLaudunst) fils-auch verschiedene Gase und dergleichen enthalten. Desweiteren versteht es sich, dass das Abgas eine wesentliche Wärmemenge enthalten kann, die erfindungsgemäss in eine verwendbare Form umgewandelt wird.

Wie in Figj 1 gezeigt, werden die Abgase aus dem Ofen 10 zu einer Reinigungsvorrichtung 18 geleitet, wobei,wie bei 20 angedeutet, ihnen vor der Reinigungsvorrichtung Wärme zugeführt werden kann. Danach werden die so gereinigten Abgase zu einem Sekundärofen oder einer Verbrennungsvorrichtung 22 nach Hinzufügung von Luft oder Sauerstoff bei 24 geleitet, so dass der Auslass 26 aus dem Sekundärofen relativ rein ist.

Die Reinigungsvorrichtung 18 kann irgendeine geeignete Bauart haben, die aus den Abgasen die nicht brennbaren Bestandteile entfernt, da diese Bestandteile ansonsten weiterhin als teilchenförmige Materie im Abgas nach der Verbrennung im Sekundärofen 22 verbleiben würde. Vorzugsweise reinigt erfindungsyemäss die Reinigungsvorrichtung 18 die Abgase ohne Kühlung derselben, und für diesen Zweck kann es sich bei der Reinigungsvorrichtung um einen Heisszyklonen, eine elektrostatische Ausfällvorrichtung oder einen heissen mechanischen Filter (Stein oder Metall) und dergleichen handeln. Insbesondere hat die Reinigungsvorrichtung 18 die Eigenschaft, dass sie brennbare Partikel, v/ie Teeinebel, nicht einfängt oder sammelt. Dit :; wird durch Zufuhr von Wärme, wie bei 20 angedeutet, erzielt, s > dass die Temperatur in der Reiuiqungsvozrichtung \A oberhilb etwa

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649°C liegt und damit der Teernebel Dunst wird und durch den Sekundärofen 22 gelangt. Wenn die Temperatur in der Reinigungsvorrichtung 18 unterhalb besagter 649°C fällt, wird das Kohlenstoffdioxid entsprechend der Reaktion 2CO ) C + CO₂ aufgespalten/ wodurch fixierter Kohlenstoff, d.h. Russ und dergleichen, entsteht, der Russprobleme mit sich bringt.

Wenn daher das Abgas aus dem Ofen 10 in der vorbeschriebenen Weise geifeinigt wird, kann die darin enthaltene spürbare Wärme ohne weiteres im sekundären Ofen oder der Heizvorrichtung 22 nutzbar gemacht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. 2 ist ein Ofen 28 vorgesehen, der von der gleichen Bauart wie in Verbindung mit dem Ofen 10 nach Fig. 1 beschrieben, sein kann. Der Ofen 28 besitzt daher einen oberen Einlass 3O für das Abfallmaterial, einen unteren Auslass 32 für die Feststoffe und einen oberen Auslass 34 für das Abgas. Die Abgase aus dem Auslass 34 gelangen dann zu einer Brenner- und Wärmetauschervorrichtung 36 mit einem inneren rohrförmigen Element 38, das über einen Einlass 39 die Gase aufnimmt, und einem äusseren rohrförmigen Element 40, welches das innere Element umgibt. Ein Auslass 42 ist im äusseren rohrförmigen Element an dem gleichen Ende der Vorrichtung vorgesehen, an dem sich der Einlass 39 befindet. Am gegenüberliegenden Ende 43 der Vorrichtung wird, wie bei 44 angedeutet, Luft oder Sauerstoff eingegeben und,falls notwendig,kann, wie bei 46 angedeutet, Wasser und/oder Dampf ebenfalls zugeführt werden. Im Betrieb gelangen die Abgase durch den Einlass 39 mit einer Temperatur von etwa 2O4°C bis etwa 538°C in die Vorrichtung und werden in dem inneren rohrförmigen Element 38 erhitzt. Wenn diese so erhitzten Gase, die

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bei 4 3 angedeutete Zone der Vorrichtung erreichen, wird Luft oder Sauerstoff und wenn erforderlich auch Wasser und/oder Dampf zugegeben, so dass eine Verbrennung eintritt und die Gase auf eine Temperatur im Bereich von etwa 649 C bis etwa 1O93°C erhitzt werden. Der Teernebel und Kohlenstoff verwandeln sich in ein Material, das bei gewöhnlichen Temperatur- und Druckverhältnissen nicht kondensierbar ist- Danach strömen die Gase zurück durch das äussere rohrförmige Element 40, wobei ihre Temperatur allmählich auf einen Wert im Bereich von etwa 2O4°C bis etwa 538°C abfällt, da sie an das einströmende Abgas Wärme abgeben. Diese Gase verlassen die Brenner- und Wärmetauschervorrichtung durch den Auslass 42 und weiden zu einem Kühl- oder Abschrecksystem 4 8 geführt. In den Kühler 48 tritt bei 50 ein kaltes Fluid ein, das vor Auslass an der Stelle 52 im Kühler erwärmt wird und daher ein erwärmtes Fluid wird. Beim Betrieb gelangen die Gase in das Kühlsystem 48, wo sie rasch abgekühlt werden. Bei manchen Anlagen kann dieses System auch eine Reinigungseinrichtung oder andere Reinigungsvorrichtungen für kaltes Gas enthalten. Der Ausstoss aus dem Kühler wird zu einem Sekundärofen 54 oder zu einer Rohrleitung 56 für die Weiterbehandlung geführt. Das aus dem Kühlsystem bei 52 ausströmende erwärmte Fluid wird in einem Wärmetauscher nutzbar gemacht, um beispielsweise das Zuführwasser für einen Warmwasserbereiter vorzuwärmen. Verbrennungsluft vorzuwärmen oder das dem Ofen 28 zugeführte Abfallmaterial vorzuwärmen. Auch könnte das erwärmte Fluid als solches als Verbrennungsluft verwendet werden.

Die Erfindung wurde vorausgehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass anhand der gegebenen Lehre der Fachmann ohne Abweichen von Wesen und

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Schutzbereich der Erfindung zahlreiche Änderungen und Modifikationen daran vornehmen kann.

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Leerseite

Claims

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ Dl PL-I NG. W. E ITLE · DR. RE*. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL. -ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MO N CH EN 81 · TELE FON (089) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATH E)

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NICHOLS ENGINEERING AND RESEARCH CORPORATION BELLE MEAD, N.J. / USA

Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung des Abgases von einem Ofen zur Verbrennung von organischem Material in einer Sauerstoff-Mangelatmosphäre

PATENTANSPRÜCHE

-ι Verfahren zum Behandeln des Abgases von einem Ofen zum Verbrennen von organischem Material in einer Sauerstoff-Mangelatmosphäre, dadurch gekennzeichnet , dass man kontinuierlich die heissen Abgase von dem Ofen, die mit brennbarem und nicht brennbarem organischen Material beladen sind, zu einer Reinigungsvorrichtung führt, dann die Gase zur Verbrennung in einen Sekundärofen einleitet, und in der Reinigungsvorrichtung aus dem Abgas das darin befindliche nicht brennbare Material entfernt, das anderenfalls als teilchenförmige Materie im Abgas des sekundären Ofens verbleiben würde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase bei einer im wesentlichen konstanten

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Temperatur in der Reinigungsvorrichtung während der Entfernung des nicht brennbaren Materials gehalten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den in die Reinigungsvorrichtung hineingelangenden Gasen Wärme zugeführt wird, um in der Reinigungsvorrichtung eine Temperatur in der Grössenordnung von etwa 649°C aufrecht zu erhalten.
4. Verfahren zum Behandeln des Abgases von einem Ofen zum Verbrennen von organischem Material in einer Sauerstoff-Mangelatmosphäre, dadurch gekennzeichnet , dass man die Abgase aus dem Ofen einer Brenner- und Wärmetauschervorrichtung mit einem Einlassbereich, einem Auslassbereich und einem Verbrennungsbereich zuführt, die Gase im Einlassbereich erhitzt, zur Unterhaltung der Verbrennung den Gasen im Verbrennungsbereich Luft zuführt, das Gas im Auslassbereich abkühlt und dann die Gase zu einer Kühl- oder Abschreckvorrichtung leitet, wo die Gase durch Durchführung eines Kühlfluids durch die Vorrichtung abgekühlt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase von der Kühl- oder Abschreckvorrichtung zu einem Sekundärofen geführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase im Auslassbereich der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung die Gase in deren Einlassbereich erwärmen.

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7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser oder Dampf den Gasen im Verbrennungsbereich der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Einlassbereich der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung eintretenden Gase bei einer Temperatur im Bereich von etwa 204 C bis etwa 538 C liegen, die Gase im Verbrennungsbereich auf eine Temperatur im Bereich von etwa 871⁰C bis etwa 1O93°C erhitzt werden und die Gase im Auslassbereich auf eine Temperatur im Bereich von etwa 2O4°C bis 538°C abgekühlt werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zuführung der heissen mit brennbarem und nicht brennbarem organischen Material beladenen Abgase zu einer Reinigungsvorrichtung ( 1 8) ,einen Sekundärofen (22), eine Einrichtung zur Zufuhr der von der Reinigungsvorrichtung abgegebenen Gase zum Sekundärofen, und eine Einrichtung zur Entfernung von nicht brennbarem Material aus dem Abgas in der Reinigungsvorrichtung, da dieses Material anderenfalls im Abgas vom Sekundärofen als teilchenförmige Materie verbleiben würde.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Abgase in der Reinigungsvorrichtung (18) auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur hält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet

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durch eine Einrichtung (20) zur Zufuhr von Wärme zu den in die Reinigungsvorrichtung (18) eintretenden Gase, um in der Reinigungsvorrichtung eine Temperatur von etwa 649°C aufrecht zu erhalten.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Brenner- und Wärmetauschervorrichtung (36) mit einem Einlassbereich (39), einem Auslassbereich (42) und einem Verbrennungsbereich (43), eine Einrichtung zur Zufuhr der Abgase von dem Ofen (28) zum Einlassbereich, eine Einrichtung (44) zur Zufuhr von Luft zum Verbrennungsbereich, eine Kühl- oder Abschreckvorrichtung (48), und eine Einrichtung zur Zufuhr der Gase vom Auslassbereich zur Kühlvorrichtung.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen mit der Kühlvorrichtung (48) wirkungsmässig verbundenen Sekundärofen (54).
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass der Auslassbereich (42) der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung (36) in wärmetauschender Beziehung zum Einlassbereich derselben angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (46) zur Zufuhr von Wasser oder Dampf zum Verbrennungsbereich (43) der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung (36).
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass der Einlassbereich, Auslassbereich und Verbrennungsbereich der Brenner- und Wärmetauschervorrichtung (36)

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gebildet ist aus einem inneren rohrförmigen Element (38), das an einem Ende die Abgase vom Ofen (28) aufnimmt, und einem äusseren rohrförmigen Element (40), das das innere rohrförmige Element umgibt und an dem gleichen Ende wie das eine Ende des inneren rohrförmigen Elementes einen Auslass (42)hat, wobei der Verbrennungsbereich (43) an den gegenüberliegenden Enden der rohrförmigen Elemente angeordnet ist.

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