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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Trocknen von Siedlungsabfällen, insbesondere Haushaltsabfällen, mit einem Trockner zum Trocknen der Siedlungsabfälle mittels Heißgas, mit einem Brenner zur Erzeugung des Heißgases in einem Brennerraum und mit einer Brüdenleitung, die vom Trockner zum Brennerraum führt.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Trocknen von Siedlungsabfällen mittels Heißgas, das durch die Verbrennung eines Gases in einem Brennerraum erzeugt und durch einen Trockner geleitet wird, wobei wenigstens ein Teil der Brüdenluft aus dem Trockner in den Brennerraum rückgeführt wird.
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Als Siedlungsabfall werden Abfälle bezeichnet, die nicht bei Produktionsprozessen anfallen. Siedlungsabfall beinhaltet Bauabfälle, Abfälle von öffentlichen Flächen, wie beispielsweise Parkabfälle, Straßenkehricht und Marktabfälle, Haushaltsabfälle wie Hausmüll, Sperrmüll oder Wertstoffe, Gewerbeabfälle und Abfälle aus wasserwirtschaftlichen Maßnahmen.
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Der Siedlungsabfall kann wiederverwertet werden oder zu Brennstoff verarbeitet werden. Die Verarbeitung zu Brennstoff kann durch eine mechanisch-physikalische Stabilisierung der Abfälle erfolgen. Am Ende der mechanisch-physikalischen Stabilisierung erhält man aus dem Abfall Brennstoff in Form von Pellets oder Fluff. Zur Herstellung dieses Ersatzbrennstoffes werden die Abfälle zerkleinert, getrennt und getrocknet. Wiederverwertbare Wertstoffe können aussortiert und in den Stoffkreislauf zurückgeführt werden.
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Eine Anlage zur mechanisch-physikalischen Stabilisierung ist beispielsweise in der
DE 10 2007 010 070 beschrieben.
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Die Trocknung des Siedlungsabfalls findet mit etwa 300° bis 380°C heißem Heißgas statt, das in eine Trocknertrommel eingeleitet wird, wie sie beispielsweise in der
DE 10 2010 044 129 und der
DE 10 2010 047 075 beschrieben ist.
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Der Brenner erzeugt das Heißgas durch beispielsweise Verbrennen von Erdgas, wobei Luft aus der Umgebung zugeführt wird. Außerdem wird ein Teil der Abluft aus dem Trockner, der Brüden, dem Brennerraum wieder zugeführt. Ein anderer Teil des Brüdens wird nach Reinigung nach außen abgegeben.
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Die Trocknung des Abfalls benötigt erhebliche Energien. Bei der in der
DE 10 2007 010 070 gezeigten Anlage wurden pro Tonne Abfall zwischen 180 und 280 kWh Heizenergie aufgebracht. Um das mechanisch-physikalische Stabilisierungsverfahren energetisch zu optimieren, ist eine Absenkung dieses Energieverbrauchs gewünscht.
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs genannten Anlage und dem eingangs genannten Verfahren den Energieverbrauch zu senken.
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Überraschend hat sich ergeben, dass der Energieverbrauch des Brenners unter den rechnerisch zur Trocknung des Abfalls im Trockner eigentlich benötigten Energieeintrag gesenkt werden kann, wenn die Brüdenleitung tangential in den Brennerraum mündet. Mit dieser Modifizierung des Brenners lag der Energieeintrag um bis zu 30 % unterhalb des rechnerisch zur Verdampfung von einer Tonne Wasser benötigten Betrages. Gegenüber der in der
DE 10 2007 010 070 gezeigten Anlage konnte der Energieeintrag auf ein Viertel gesenkt werden. Dies kann nur damit erklärt werden, dass die Brüdenluft als zusätzlicher Brennstoff genutzt wird. Aufgrund der tangentialen Zuleitung ist die Verweildauer der Brüdenluft, von der zwischen 70 und 90 Kubikmeter pro Stunde in den Brennerraum geleitet werden, aufgrund der tangentialen Zuführung verlängert. Der Energieeintrag wird effektiver zur Erwärmung der Brüdenluft genutzt, so dass in der Brüdenluft zugeführte Bestandteile wenigstens teilweise im Brennerraum exotherm oxidieren und die Energieausbeute erhöhen.
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Die Erwärmung der Brüdenluft kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dadurch beschleunigt werden, dass sich im Brennerraum, beabstandet von dessen Innenwand, ein bevorzugt zylindermantelförmiges Prallblech befindet, wobei die Brüdenleitung auf Höhe des Prallbleches in den Zwischenraum zwischen Prallblech und Innenraum mündet.
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In dem vom Prallblech umgebenen Innenraum befindet sich bevorzugt die Flamme des Brenners. Das Prallblech wird durch die Flamme aufgeheizt, so dass die im Zwischenraum entlangstreichende Brüdenluft ebenfalls aufgeheizt wird. Die tangentiale Zuführung der Brüdenluft, die sich mit einer zum Ausgang des Brennerraums gerichteten Strömung überlagert, führt zu einer wendelförmigen Strömung des Brüdens um das Prallblech herum. Dieser Strömungspfad führt zu einem langen Kontakt der Brüdenluft mit dem Prallblech.
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Bevorzugt ist das Prallblech von einer flammseitigen Stirnwand des Brennerraums insbesondere durch einen Spalt beabstandet. Dieser Spalt führt zu einer Stabilisierung der Flamme. Die Brüdenleitung kann auf Höhe des Prallbleches in den Zwischenraum zwischen Prallblech und Innenwand münden.
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Im Brenner kann die Verbrennung des Gases in einer Brennkammer in Gang gesetzt werden. Die Flamme erstreckt sich dann bevorzugt in einen sich an die Brennkammer anschließenden Brennerraum, der deutlich größer als die Brennkammer sein kann. Um die Flamme im Brennerraum nicht zu stören und eine ruhige Flamme zu erzeugen, befindet sich die Mündung der Brüdenleitung bevorzugt vollständig auf Höhe des Prallbleches. Die Mündung der Brüdenleitung überlappt also in Durchmesserrichtung vollständig mit dem Prallblech. Dies stellt sicher, dass die Brüdenluft nicht direkt an den Flammursprung geleitet wird und zu einer unregelmäßig brennenden Flamme führt.
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Die Länge des Prallbleches ist bevorzugt kürzer als die Länge der Flamme, die zwischen 1,5 und 6 m lang sein kann. Beträgt die Länge des Prallbleches zwischen einem Viertel und drei Viertel, bevorzugt um etwa die Hälfte bis zwei Drittel der Flammenlänge, kann sich im hinteren Bereich der Flamme der bereits aufgeheizten Brüden mit dem brennenden Luft-Gas-Gemisch vermischen, was weitere Verbrennungsvorgänge im Brüden zu fördern scheint.
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Die Länge des Prallblechs kann zwischen einem Viertel und der Hälfte der Länge des Brennerraums bzw. bei sich an den Brennerraum anschließender Heißgasstrecke – oder entsprechend verlängertem Brennerraum – zwischen einem Achtel und einem Fünftel der Gesamtlänge von Brennerraum und Heißgasstrecke betragen. Die Länge der Heißgasstrecke, die bevorzugt an den Brennerraum angeflanscht ist und in etwa den gleichen Durchmesser, zumindest aber einen deutlich größeren Durchmesser als die Heißgasleitung aufweisen kann, kann das Dreifache der Länge des Brennerraums betragen. Die verbleibende Strecke ohne Prallblech erlaubt auch hier eine gute Durchmischung der Brüdenluft mit der Verbrennungsluft.
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Die Temperatur im Brennerraum beträgt über 750°C, bevorzugt um die 800° C.
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In den Brennerraum münden bevorzugt eine Gasleitung, in der das zur Verbrennung benötigte Gas, dies ist meist Erdgas, der Flamme zugeführt wird, und eine Umgebungsluftleitung, in der zum Verbrennen benötigte Luft aus der Umgebung der Anordnung in den Brennerraum eingespeist wird. Am Ausgang des Brennerraums kann eine mit dem Trockner verbundene Heißgasleitung angeschlossen sein.
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Zwischen dem Brennerraum und dem Trockner kann eine Inertisierungseinrichtung angeordnet sein, durch die die Heißluft aus dem Brenner geleitet ist. Mit Hilfe der Inertisierungseinrichtung wird der Sauerstoffgehalt des Heißgases während des An- und Abfahrprozesses des Trockners auf deutlich unter 15 %, bevorzugt zwischen 10 % und 12 % verringert. Zur Inertisierung wird Wasser oder Wasserdampf in den Heißgasstrom eingebracht. Erst nach Erreichen des vorgegebenen verringerten Sauerstoffgehaltes und der erforderlichen Betriebstemperatur kann dem Trockner das zu trocknende Material zugeführt werden. Der während des Trocknungsprozesses vom Abfall freigesetzte Wasserdampf übernimmt dann, im stationären Betrieb, die Inertisierung.
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Wenigstens 70 % der Brüdenluft können zum Brenner zurückgeführt werden.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. In den nachstehenden Figuren sind der Einfachheit halber für Elemente, die sich hinsichtlich Aufbau oder Funktion entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Nach Maßgabe der obigen Erläuterung der Weiterbildungen der Erfindung können einzelne Merkmale hinzugefügt oder weggelassen werden, wenn es auf den mit diesem Merkmal verbundenen Vorteil bei einer bestimmten Anwendung besonders ankommt oder dieses Merkmal nicht benötigt wird.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Übersicht über eine Anlage zum Trocknen von Siedlungsabfällen, insbesondere Haushaltsabfällen;
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2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Brenners. Zunächst werden die Grundzüge des Aufbaus einer Anlage 1 zum Trocknen von Siedlungsabfällen beschrieben.
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In einen Trockner
2 wird über einen Aufgabetrichter
3 Abfall eingetragen, wie durch den Pfeil
4 dargestellt ist. Der Trockner kann eine Trocknertrommel sein, wie sie in der
DE 10 2007 010 070 ,
DE 10 2010 044 129 oder der
DE 10 2010 047 075 beschrieben ist. Im Trockner
2 wird der Abfall zu einer Abgabestelle
5 transportiert, wo er aus dem Trockner getrocknet ausgebracht wird, wie dies der Pfeil
6 schematisch darstellt.
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Der Trockner 2 ist von einem Heißgas 7 durchströmt, das dem Trockner 2 durch eine Heißgasleitung 8 von einem Brenner 9 zugeführt wird. Das Heißgas 7 durchströmt den Trockner mit einer Temperatur am brennerseitigen Einlass in den Trockner von ca. 300°C. Der eingebrachte Abfall wird im Trockner schockgetrocknet. Flüchtige Bestandteile des Abfalls, beispielsweise organische Säuren oder andere organische Verbindungen, sowie Schwebstoffe und leichte Abfallteile werden durch den Trocknungsprozess freigesetzt und mit dem Heißgas 7 mittransportiert. Das Heißgas 7 mit diesen Bestandteilen und dem Wasserdampf wird als Brüdenluft mittels einer Brüdenleitung 10 aus dem Trockner 2 ausgetragen. In der Brüdenleitung 10 sind ein oder mehrere Zyklone 11 angeordnet, mit denen Abfallteile und Schwebstoffe aus dem Brüden gefiltert werden. Die Schwebstoffe und leichten Abfallteilchen werden gemäß Pfeil 12 ausgetragen. Sie können dem Hauptabfallstrom wieder zugeführt werden.
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An einer Abzweigung 13 wird ein Teil der Brüdenluft abgezweigt und nach Reinigung beispielsweise mittels einer regenerierbaren thermischen Oxidation an die Umgebung abgegeben. Der abgezweigte Anteil der Brüdenluft beträgt zwischen 20 % und 40 %, wobei in Einzelfällen auch nur 10 % der Brüdenluft abgezweigt werden können.
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Der überwiegende Teil der Brüdenluft verbleibt in einem Kreislauf in der Anlage 1 und wird über ein Brüdengebläse 14 gefördert.
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Der Brenner 9 verbrennt ein Gas 15, beispielsweise Erdgas, das in einem Tank 16 oder über Gasleitungen der Anlage zur Verfügung gestellt wird. Das Gas 15 wird über eine Gasleitung 17 in den Brenner 9 geleitet. Die zum Verbrennen des Gases 15 benötigte Luft wird über eine Umgebungsluftleitung 19 ebenfalls dem Brenner zugeführt. Die Brüdenluft wird einem Brennerraum 18 zugeführt, in dem das Gas 15 verbrennt. Durch ein Gebläse 20 wird hierzu Umgebungsluft 21 angesaugt, wobei, um Luftdruckschwankungen auszugleichen, ein Druckausgleichsbehälter 22 vorgesehen sein kann.
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Im Brennerraum 18 wird das Gas 15 mit der Umgebungsluft 21 in einer Flamme 23 verbrannt. Die Länge der Flamme 23 beträgt zwischen 1,5 und 6 m, bei der beispielhaft gezeigten Anlage etwa 3 bis 4,5 m. Die Flamme 23 erstreckt sich in den Brennerraum 18.
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Um die Flamme 23 kann ein insbesondere zylindermantelförmiges Prallblech 24 angeordnet sein. Die zum lichten Querschnitt des Prallbleches 24 senkrecht, in Richtung der Flamme 23, gemessene Länge 25 des Prallbleches beträgt bevorzugt nur einen Teil der Flammlänge, beispielsweise zwischen einem Viertel und drei Viertel, bevorzugt etwa um die Hälfte bis zwei Drittel der sich im Betrieb üblicherweise einstellenden Flammlänge. Die Länge 25 in der dargestellten Ausgestaltung beträgt 2 m.
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In den Brennerraum 18 mündet die Brüdenleitung 10 tangential in einen Zwischenraum 26 zwischen dem Prallblech 24 und einer Innenwand 27 des Brenners 9 bzw. des Brennerraums 18.
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Im Brennerraum 18 wird bei hoher Temperatur aus dem vorzugsweise vollständig verbrannten Gas 15, der verbleibenden Umgebungsluft 19 und der aus dem Trockner 2 abgeleiteten Brüdenluft das Heißgas 7 erzeugt, das dann über die Brüdenleitung 10 wieder dem Brennerraum 18 zugeführt wird.
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Zwischen Brenner 9 und Trockner 2, bevorzugt unmittelbar im Anschluss an den Brennerraum 18, kann eine Inertisierungseinrichtung 28 vorgesehen sein. In der Inertisierungseinrichtung 28 wird der Sauerstoffgehalt des Heißgases 7 während der An- und Ablaufphase der Anlage durch Einbringen von Wasser oder Wasserdampf verringert. Durch den verringerten Sauerstoffgehalt ist die Brandgefahr im Trockner 2 stark reduziert. Während des regulären Betriebs ist die Inertisierungseinrichtung ausgeschaltet, der Wasserdampf zur Sauerstoffreduzierung wird dann vom zu trocknenden Abfall selbst geliefert.
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Im Zuge der tangentialen Einspeisung der Brüdenluft in den Brennerraum 18 wurde gegenüber der vorherigen radialen Einspeisung eine deutlich höhere Flammtemperatur und ein ebenso deutlich verringerter Energieeintrag in Form eines verringerten Gasverbrauchs bei gleicher Trocknungsleistung festgestellt. Tatsächlich liegt mit der tangentialen Einspeisung der Brüdenluft der Gasverbrauch im Brenner 9 unterhalb des rein rechnerisch benötigten Energieeintrags, der zur Verdampfung von einer Tonne Wasser im Trockner benötigt wird. Die Brüdenluft wird folglich als Brennstoff im Brennerraum 18 mitgenutzt. Organische Stoffe der Brüdenluft reagieren im Brennerraum 18 exotherm, weil sich die Brüdenluft länger im Brennerraum aufhält und am heißen Prallblech 24 besser aufheizen kann, bevor er sich mit der Flamme vermischt.
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2 zeigt beispielhaft eine schematische Perspektivdarstellung des Brenners 9 der 1.
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In einer Brennkammer 30 des Brenners werden das Gas 15 aus der Gasleitung 17 und Umgebungsluft 21 aus der Umgebungsluftleitung 19 vermischt und gezündet. Es entsteht die Flamme 23, die sich in den Brennerraum 18 hinein erstreckt. Die Temperatur der Flamme beträgt etwa 1000°C. In der dem flammseitigen Ende 31 des Brenners 9 zugewandten Hälfte des Brennerraums 18 befindet sich das Prallblech 24, das die Flamme 23 in einem Abstand 32 von der Innenwand 27 des Brennerraums 18 umgibt. Der Abstand 32 ist recht gering und beträgt zwischen einem Fünfzigstel und einem Zehntel der Länge 25 des Prallbleches.
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Von der flammseitigen Stirnwand 33 des Brennerraums 18 ist das Prallblech 24 ebenfalls beabstandet. Dieser Spalt bzw. Abstand 34 beträgt ein Bruchteil der Länge 25 des Prallbleches 24, beispielsweise zwischen einem Zwanzigstel und einem Fünftel der Länge des Prallbleches. Die Brüdenleitung 10 mündet bevorzugt vollständig auf Höhe des Prallbleches 24. Eine Mündungsöffnung 35 der Brüdenleitung 10 in die Brennkammer 18 überlappt sich in Durchmesserrichtung des Brennerraums 18 bevorzugt vollständig mit dem Prallblech. Dies verhindert, dass der Brüden aus der Brüdenleitung 10 an den Ursprung der Flamme 23 strömen und die Flamme 23 destabilisieren kann. Damit die Brüdenluft aus der Brüdenleitung 10 einen möglichst langen Weg um das Prallblech 24 herum ausführt, befindet sich die Mündungsöffnung 35 an dem flammseitigen Ende 36 des Prallbleches 24.
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Im Betrieb bildet sich eine in etwa wendelförmige Strömung 37 des Brüdens in der Brennkammer 18 aus. Das Heißgas 7 wird schließlich durch die Heißgasleitung 8 aus dem Brennerraum 18 abgeleitet.
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An den Brennerraum 18 kann sich eine in 2 nur angedeutete Heißgasstrecke 38 anschließen, deren Innendurchmesser größer als der Innendurchmesser der Heißgasleitung 8 ist. In der Heißgasstrecke können sich die einzelnen Bestandteile des Heißgases vermischen und gegebenenfalls abbrennen. Die Heißgasstrecke 38 kann auch als Verlängerung des Brennerraums 18 mit in etwa dem gleichen Innendurchmesser konzipiert sein.
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Die Länge der Heißgasstrecke 38 beträgt vorzugsweise das Zwei- bis Vierfache der Länge des Brennerraums 18 bzw. der Länge der Flamme 23.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zum Trocknen von Siedlungsabfällen
- 2
- Trockner
- 3
- Aufgabetrichter
- 4
- Eintrag von Abfall in den Trockner
- 5
- Abgabestelle des Trockners
- 6
- Austrag von Abfall aus dem Trockner
- 7
- Heißgas
- 8
- Heißgasleitung
- 9
- Brenner
- 10
- Brüdenleitung
- 11
- Zyklone
- 12
- Ausbringen von Schadstoffen und leichten Abfallteilchen
- 13
- Abzweigung
- 14
- Brüdengebläse
- 15
- Gas
- 16
- Gastank
- 17
- Gasleitung
- 18
- Brennerraum
- 19
- Umgebungsluftleitung
- 20
- Gebläse
- 21
- Umgebungsluft
- 22
- Druckausgleichsbehälter
- 23
- Flamme
- 24
- Prallblech
- 25
- Länge des Prallbleches
- 26
- Zwischenraum zwischen Prallblech und Innenwand des Brenners
- 27
- Innenwand des Brenners
- 28
- Inertisierungseinrichtung
- 30
- Brennkammer
- 31
- flammseitiges Ende des Brenners
- 32
- Abstand zwischen Prallblech und Innenwand
- 33
- flammseitige Stirnwand des Brenners
- 34
- Abstand zwischen Prallblech und flammseitiger Stirnwand
- 35
- Mündungsöffnung der Brüdenleitung
- 36
- flammseitiges Ende des Prallbleches
- 37
- Strömung des Brüdens in der Brennkammer
- 38
- Heißgasstrecke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007010070 [0005, 0008, 0010, 0026]
- DE 102010044129 [0006, 0026]
- DE 102010047075 [0006, 0026]