DE2734623A1

DE2734623A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbrennen fester substanzen, insbesondere abfallstoffe

Info

Publication number: DE2734623A1
Application number: DE19772734623
Authority: DE
Inventors: Charles Elvin Barnabe
Original assignee: Passavant Werke AG and Co KG; Passavant Werke Michelbacher Hutte
Current assignee: Aqseptence Group GmbH
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-08-01
Publication date: 1978-10-05
Also published as: US4092935A; CA1050347A

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN
DIPL.-INQ. KLAUS DELFS, HAMBURG
DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL. MÖNCHEN
DIPL-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHU HAMBURG

8000 MÖNCHEN 2β POSTFACH 37
LIEBHERRSTR. 20 TEL. (069) 22 65 48 TELEX 52 25 OS

MÜNCHEN

A i.»i/P -7

2000 HAMBURG 13 POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58
TEL. (040)41020 08 TELEX 21 29 21

PASCAViLN T -WERKE Michelbacher Hütte Aarbergen

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen
fester Substanzen, insbesondere Abfallstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Substanzen, insbesondere
Abfallstoffe mit brennbaren Bestandteilen in einem schwerkraffbeschickten Ofen mit mehreren Gruppen übereinander
angeordneter Ofenstufen.

Bisher sind bei bekannten Verbrennungsofen drei getrennte Verfahrensfunktionen vorgesehen, nämlich: Trocknung und Vorerwärmung des Beschickungstnaterials, Verbrennung der flüchtigen Bestandteile im Beschickungsmaterial und Kühlung

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BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG. 4 030 448 (BLZ 200800 00) · POSTSCHECK: HAMBURG 147807-200 · TELEGRAMM: SPECHTZIES

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der Inaktiven Asche. Vor der Verbrennung oder Oxydation passieren die Feststoffe eine Vorwärinzone, wo sie durch den Zustrom von heiSen Abgasen aus der Verbrennungszone oder in anderer Weise vorerwärmt und getrocknet werden. Dieses Verfahren eignet sich ins besondere zur Verbrennung von Material mit hohem Inertstoffgehalt und geringem Heizwert, wie z.B. Filterkuchen aus der Abwasserschlammfiltration, wobei diese Feststoffe nahezu hundertprozentig verbrannt werden. Das Verfahren findet vorzugsweise in einem Etagenofen statt, der einfach in der Bedienung ist und einen hohen thermischen Wirkungsgrad Viat. Das von der Verbrennungszone aufsteigende Abgas strömt im allgemeinen direkt durch die Vorwärmzone, wo es sich im Gegenstrom zu den in den oberen Teil des Ofens eingetragenen festen Brennstoffen bewegt. Der Nachteil dieses Systems liegt darin, daß das Vorwärm- und Trocknungsverfahren bei Temperaturen zwischen ca. 150 und 600° C (300° und 1'100⁰F) stattfindet, wodurch gas- und dampfförmige geruchsintensive Substanzen freigesetzt werden, die sich aufsteigend mit dem Abgas mischen und zu einer Umweltbelästigung führen, es sei denn man beugt einer Luftverunreinigung durch diese schädlichen Substanzen durch eine Nachverbrennung oder ein ähnliches System vor. Eine solche zusätzliche Anlage zur Beseitigung schädlicher Substanzen erhöht sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten des Systems und führt darüber hinaus zu einer Verminderung des Wirkungsgrades. Bei den bisher bekannten Etageöfen wurde die

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inaktive Asche in den unteren Stufen heruntergekühlt, wobei die Abwärme der Asche durch die in die untersten Etagen des Verbrennungsofens eintretende Vorwärmluft absorbiert wurde.

Erfindungsgemäß i3t ein erweitertes Oxydationsverfahren vorgesehen, bei dem die schädliche, geruchsintensiven, bei Vorwärmen und Trocknen der festen Brennstoffe freiwerdenden Substanzen verbrannt werden, bevor sie zusammen mit dem Abgas austreten, und bei dem eine Erweiterung desjenigen Ofenteils, in welchem eine Verbrennungsunterstützung stattfinden kann, zu einem optimalen Wirkungsgrad der Anlage führt. Dies wird durch eine Begrenzung der Verfahrensfunktionen auf Trocknung und Verbrennung erreicht. Da ein Herunterkühlen der Asche zwecks Rückgewinnung der Abwärme nicht wirtschaftlich ist, wird erfindungsgemäß ein derartiges Aschenkühlverfahren vorgesehen; wobei die Temperatur der Zuluft durch Vorwärmen auf ca. 535° bis 650° C (1000°bis 1200° P) in einem Wärmetauscher erhöht werden kann, und zwar durch Rückgewinnung von Abwärme aus den Ofenabgasen. Erfindungsgetnäß weist der Ofen Trocknungs- und Verbrennungszonen mit wenigstens zwei Ofenstufen auf, von denen jede aus einer unteren und einer oberen Stufe besteht, wobei die Peststoffe in die obere und die Hilfsbrennstoffe in die untere Stufe eingespeist werden und eine automatische Regelung der Abgastemperatur in der oberen Stufe stattfindet. Dadurch läßt

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sich ebenfalls eine Regulierung der Kindestabgastemperaturen des Ofens auf einen Wert zwischen ca. 675° _un(3 880° C (1250° und 1600° P) erzielen, ohne daß sich übermäßig hohe Temperaturen in den Verbrennungsstufen ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert, die das Schema eine3 zehnetufigen, schwerkraftbeschiclrten Etagenofens mit fünf Trocknungs- und Verbrennungszonen und zwei Stufen pro Zone zeigt.

Das erfindungsgemäße Verbrennungssystem besteht aus mehreren Paaren übereinander angeordneter Stufen 1 bis 10. Feste Abfallstoffe mit einem Anteil an brennbarem Material, beispielsweise Filterkuchen, werden auf die oberen Stufen eines jeden Etagenpaares aufgegeben, so daß das Material in der oberen Stufe vorerwärmt und getrocknet wird, um danach in die darunter angeordnete Stufe zu wandern und verbrannt zu werden. Dies bedeutet, daß die festen Abfallstoffe, beispielsweise Filterkuchen, mit einer Zuführeinrichtung 20 in die ungeradzahligen Stufen 1, 3» 5, 7 und 9 oder besser gesagt in die Feststoffzufuhrstufen eingespeist werden. Hilfsbrennstoff und Brennluft werden durch eine zweite Zuführeinrichtung 11 wahlweise und in bestimmten Mengen in die unteren Stufen der einzelnen Etagenpaare eingetragen, um die Austrittstemperatur der von den oberen Stufen abströmenden

Gase über der Gaszündtemperatur zu halten, d.h. bestimmte

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Mengen der HiirGbrennstoffmischung werden in die geradzahligen Stufen 2, 4, 6, .3 und 10 eingespeist.

Der Ofenaufbau oder Rost 12 ist auf einer zentral angeordneten Hohlwelle 13 gelagert. Kühlluft wird in das untere Ende der Hohlwelle 13 durch eine Leitung 14 eingeleitet und am oberen Ende der Hohlwelle 13 über eine Leitung 16 abgeführt. Verbrennungsluft wird über eine Leitung 17 herangeführt und wird mit der vorerwärmten, durch die Leitung 16 strömenden Luft gemischt, bevor sie in die Zufuhrleitung 18 zum Wärmetauscher 19 eintritt. Vorerwärmte Luft verläßt den Wärmetauscher 19 durch eine Leitung 21 und tritt in die unterste Stufe 10 des Ofens ein, hier erfährt sie eine weitere Erwärmung durch die Verbrennung flüchtiger Bestandteile des auf Stufe 9 befindlichen Filterkuchens. Die Abgastemperatur aus Stufe 9 wird durch die Verbrennung von Hilfsbrennstoff in Stufe 10 so reguliert, daß sie sich auf einem Wert zwischen ca. 675° und 760° G (1250° und 1400° P) hält. Die .'lustrittstemperatur der von den oberen Stufen abströmenden Gase liegt über dem Zündpunkt der durch sie hindurchströmenden Gase. Demgemäß stellen die Stufen 9 und 10 eine Trocknungs-Verbrennungszone dar und in gleicher Weise auch die Stufen 7-8, 5-6, 3-4 und 1-2. Die Abgase aus den Stufen 1, 3, 5, 7 und 9 werden durch einen geeigneten Temperaturfühler 22 gesteuert, der die Hilfsbrennstoffzufuhr wahlweise in die Stufen 2, 4, 6, 8 und 10 reguliert. Für die Zuführein-

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richtung 11, die Ililfsbrennstoffe und Brennluft wahlweise in die Stufen 2, 4, 6, 8 und 10 einleitet, sind geeignete Steuerventile 23 in den Abzweigungen 24 vorgesehen. Festes Abfallmaterial wird in jede der Stufen 1, 3, 5, 7 und 9 über die Abzweigungen 26 eingetragen, Demgemäß werden die festen Abfallstoffe und das Hilfsbrennstoffgemisch in die oberen bzw. unteren Stufen eines ,jeden Etagenpaares in im wesentlichen horizontaler Richtung eingeleitet, wie dies aus der Zeichnung hervorgeht. Die Abgastemperatur liegt in den geradzahligen Stufen normalerweise zwischen Ga. 880° und 1095° C (1600° und 2000° F). Dadurch wird eine autogene Verbrennung im gesamten Ofen unterstützt. Dies trifft besonders angesichts der Tatsache zu, daß erfindungsgemä(3 eine erweiterte Oxydation im gesamten Ofenraum vorgesehen ist, d.h. der zur Verfügung stehende Sauerstoff erhöht sich, während das Material bei seiner Verbrennung zum unteren Ofenende abwärts wandert. Das Abgas aus der obersten Stufe strömt durch eine Leitung 27 in den V/ arme tauscher 19 und wird abgekühlt, während es die in den Ofen strömende Brennluft erwärmt und tritt durch eine Leitung 21 aus. Vorzugsweise durchströmt das über die Leitung 27 zugeführte Abgas den Wärmetauscher 19 im Gegenstrom zur Zuluft, die es auf eine Temperatur zwischen ca. 535° und 650° G (ca. 1000° und 1200° P) erhitzt.

Das Abgas aus dem Wärmetauscher 19 wird weiter abgekühlt, und mitgerissene Feststoffe werden in einem geeigneten Ab-

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scheider 28 in Übereinstimmung mit den Luftemissionsvorschriften beseitigt. Ferner kann, falls erwünscht, Abwärme zur Wiedererwärmung des·heruntergekühlten Gases benutzt werden, das durch eine Leitung 29 in die allgemein üblichen Schornsteine zur Rauchgaskontrolle eingeleitet wird.

Die in die unterste Stufe eintretende, vorerwärmte Luft erfährt eine weitere Erhitzung durch die freiwerdende Y/ärme bei der Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des direkt oberhalb, nämlich in Stufe 9 eingespeisten festen Abfallmaterials. Das Gas strömt von Stufe 10 nach Stufe 9» es liefert die Hitze zur Trocknung der Abfallstoffe und

bringt diese auf ihre Zündtemperatur von ca. 675° bis 760° C ca.
(1250° bis 1400° P). Die Austrittstemperatur des von Stufe 9 nach Stufe 8 strömenden Gases wird automatisch reguliert, um - wie vorstehend beschrieben - eine Mindesttemperatur von 675° bis 760° C (1250° bis HOO⁰ P) durch Verbrennung von Hilfsbrennstoffen in der unteren Stufe 10 zu erreichen. Die nächsten beiden übereinander angeordneten Stufen 7 und 8 werden auf die gleiche Art und Weise betrieben, d.h. feste Abfallstoffe werden auf Stufe 7 und, falls nötig, Hilfsbrennstoffe auf Stufe 8 aufgegeben, um die Abströmtemperatur des die Stufe 7 verlassenden Gases zu regulieren. Die restlichen übereinander angeordneten Stufenpaare werden in der gleichen Weise betrieben. Normalerweise wird der Filterkuchen auf die

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ungeradzahligen Stufen aufgegeben, während die Hilfsbrennstoffe auf die geradzahligen Stufen geleitet werden. Die Beschickung verteilt sich normalerweise gleichmäßig auf die ungeradzahligen Stufen, kann aber auch anders reguliert werden, wenn dies für Steuerzwecke wünschenswert ist. So können bei einer Beschickung von ca. 450 kg (1000 pounds) pro Stunde in einem Viertel-Stufenofen je 225 kg (500 pounds) auf die Stufen 1 und 2 verteilt werden, während die Hilfsbrennstoffe auf die Stufen 2 und 4 geleitet werden.

Die Mehrfachaufgabe in die Trocken- und Verbrennungszonen sorgt für eine totale Verbrennung der flüchtigen Bestandteile. Der Luftüberschuß in der untersten Trocknungs-Verbrennungszone kann 10 bis 13 mal so hoch sein wie der theoretische Bedarf in einem 14-stufigen Etagenofen,wobei der Gesamtluftdurchsatz das ca. 1,25 bis 2-fache des theoretisch für die Verbrennung benötigten Luftbedarfs beträgt.

Die Asche wird entweder von der untersten Stufe durch den Auslaß 30 abgezogen, kann aber auch wahlweise aus den unteren Stufen 2, 4, 6 und 8 ausgeräumt werden. Für den Ascheabzug aus den unteren Stufen der übereinander angeordneten Etagenpaare sind die durch punktierte Linien dargestellten Auslässe 31 vorgesehen.

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Durch Erhaltung einer konstanten Betriebstemperatur im gesamten Ofenbereich, erzielt man bei der angewendeten maximalen mittleren Temperatur eine wesentliche Erhöhung des Wärmeüberganges und der Beschickungsmenge, wobei letztere von den üblichen 34,2 bis 40,9 kg/std'in^ (7 bis 10 pounds pro Stunde pro sqft) Ofenfläche auf ca. 97,^ kg/std-m2 (20 pounds pro Stunde pro sqft) Ofenfläche gesteigert wird.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergeben sich die Verbesserungen durch das erfindungsgernäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Oxydation fester Brennstoffe, beispielsweise Filterkuchen. Durch Erhaltung der Abgastemperatur in den kombinierten Trocknungs- und Verbrennungszonen auf einem Wert über der Zündtemperatur der flüchtigen Bestandteile in den diese Zonen durchwandernden Peststoffen, wird eine Trocknung, Vorerhitzung und Verbrennung dieser Stoffe erzielt, wodurch diese in inaktive Asche und unschädliches Gas umgewandelt werden. Außerdem wird durch die Vorerhitzung der Ofenzuluft mittels der Ofenabwärme in einem Wärmetauscher ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad des Ofens erreicht. Weiterhin wird durch den Eintrag der vorerhitzten Luft am unteren Ofenende und Einleitung der Hilfsbrennstoffe in die untere Stufe der übereinander angeordneten Stufenpaare bewirkt, daß die Luft im Gegenstrom zur Asche durch die Trocknungs- und Verbrennungs-

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zonen fließt, wobei der für die Verbrennung zur Verfügung stehende Sauerstoff fortschreitend mit der Abwärtsbewegung des Feststoffstromes durch den Ofen zuniramt. Demzufolge wird eine erweiterte Oxydation bewirkt und gleichzeitig bietet jede der kombinierten Trocknungs- und Verbrennungszonen die wesentlichen Bedingungen, wie Temperatur, Sauerstoff, Verweilzeit und Kontakt zwischen dem zu verbrennenden Material und den Brennstoffen, die zu einer Verbrennungsunterstützung der flüchtigen Bestand teile erforderlich sind.

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Claims

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Patentaas ρ r ü c u e

ι 1. Verfahren zur Verbrennung fester Abfallstoffe mit brennbaren Bestandteilen in einem schwerkraftbesehickten Ofen mit mehreren Gruppen übereinander angeordneter Ofenstufen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Aufgeben fester Abfallstoffe auf die obere itufe einer jeden Gruppe, so daß dort diese Abfallstoffe vorerhitzt, getrocknet und verbrannt werden;

b) Wahlweises Einleiten bestimmter Mengen eines Hilfsbrennstoff es in die untere Stufe einer jeden Gruppe, so daß die Auotrittstemperatur der von jeder der oberen Stufen abströmenden Gase oberhalb der Z und temperatur dieser Gase bleibt, und

c) Abführen der Asche von der unteren Stufe von zumindest der untersten Gruppe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zufuhr des Hilfsbrennstoffs in die untere Stufe einer jeden Gruppe so reguliert ist, daß die Ilindestaustrittstemperatur für die von der oberen, unmittel-

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^:>ai" darüber liegenden ► ■tuie abströmenden. Gane zwischen ca. 67b° und ~<oO° -J betragt.

i. Verfahren nach Anspruch ι oder 2, dadurch g e ¹C e η η ζ e i c h net , da:?> iti die untere ;>tuie der untersten Graupe vorerhitzte, zur Verbrennung dienende LuTt eingeleitet wird, die i;i Aufv.v.rtsstrot.-i duron die Gruppen stront.

4. '/erfahren nach Anspruch ■}, dadurch g e kennzeichnet, , dai^ die vorerii i.v,t;te Luft auf eine Tern pe rat Ui' von 5:o° bis o50^ü C erliitzt v/ird, bevur sie in die untere litufe eitiireieitet wird.

5· Verl'aivi en nach oinem der Ansprüche 1 bly 4, dadurch C e Ic e η η ζ e i c h net, da^ die festen Abfallstoffe und der hilfsbrennstoff in die oberen bzw. unteren stufen einer jeden Gruppe in im wesent J.ichen horizontaler llictrtim/r eingespeist werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprache 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturen im gesamten Ofenbereich zwischen 675° und 1095° G liegen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeicnnet , daß die gesamte Zuluft in die unterste Gruppe eingeleitet wird, daß die Eintragsmenge

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bis 1 ;i mal hoher ist als der theoretische Verbrennungsluft bedarf in der untersten Gruppe eines 14-stufigen Ofens und da3 die Gesamtluftzufuhr in das Verbrennungssystem sich auf das 1, 25 bis 2-fache des theoretischen Bedarfs be läuft.

o. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Asche auch von ganz bestimmten unteren Stufen der übereinander angeordneten Gruppen abgezogen wird.

9· Vorrichtung zum Verbrennen fester Abfallstoffe mit brennbaren Bestandteilen in einen schwerkraftbeschickten Ofen mit mehreren Gruppen übereinander angeordneter Ofenstufen insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch

a) eine Zuführeinrichtung (20) zum Aufgeben fester Abfallstoffe in die obere Stufe (1, 3, 5, 7, 9) einer jeden Gruppe, so daß dort die Abfallstoffe vorerhitzt, getrocknet und verbrannt werden,

b) eine zweite Zuführeinrichtung (19, 21, 27) zur Aufgabe vorerwärmter, zur Verbrennung dienender^ Luft in die untere Stufe (10) der untersten Gruppe, wobei diese zur Verbrennung dienende Luft aufwärts durch die genannten Gruppen übereinander angeordneter

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Ofenstufen (1 bis 10) strömt,

c) eine dritte Zuführeinrichtung (11) für !.lilfsbrennstoffe in die untere Stufe (2, 4, 6, o, 10) einer jeden Gruppe der Öfenstufen und durch

d) Vorrichtungen (23, 24) zur Regulierung der Zufuhr der ililfsbrennstoffe in die untere Stufe (2, 4, 6, ■■■■·, 10), urn die Austrittstemperatur der von den jeweils oberen Stufen (1, 3, 5, 7, 9) abströmenden Gase über der Zündteinperatur dieser Gase zu halten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtungen (23, 24) zur Regulierung der Hilfsbrennstoffzufuhr in jeder Gruppe der Ofenstufen einen Temperaturfühler (22) aufweisen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Zuführeinrichtung

a) einen Wärmetauscher (19)»

b) eine Leitung (27) zum Zuführen der Abgase aus der oberen Stufe (1) der obersten Gruppe der Ofenstufen in den Wärmetauscher (19) und

c) eine Einrichtung zum Umwälzen der vorzuerwärmenden Luft innerhalb des Wärmetauschers (19) aufweist.

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