DE2654041C2 - Einrichtung und Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen - Google Patents
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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 Pyroiysekammer 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 (G B-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 ω
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 Pyrolysepro- h-->
dukte 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 Verbrennungsluftgekühlt
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 Unierschreitung des Mindestheizwerts
der Abfallstoffe die erforderlichen Verbrennungstemperaturen in jedem Falle sicherzustellen, sind Stützbrenner
vorgesehen. Diese werden unterhalb der beweglichen Schleusenelemente analoe 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 Schleusenelementc 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 Γ zählen Hausmüll,
Sondermüll, radioaktive Abfälle und Klintkinüll, 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
Fig. 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 Fig. 1 werden die Abfallstoffe in Fässern 1.7, ib angeliefert, diese geöffnet
und mit einer Kippvorrichtung 3a, 3b um 180° auf die Eingabestutzen 5a, 5£>
gedreht. Nach Öffnen der Verschlüsse 2a, Ib von Kippvorrichtung und Eingabestutzen
gelangen die Abfälle in die Pyrolysekammer 8 und sammeln sich auf den Schleusenelementen IOa, 106
am Übergang zur unteren Verbrennungskammer 12. Auf gegenüberliegenden Seiten der Pyrolysekammer 8
sind Brenner 14a, 14£>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 Abfallsehüttung 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 —
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,
i.(i 28ö und der Ascheaustragskammer ersichtlich. Zu
beiden Seiten der Pyrolysekammer sind Abgsakanäle 28a, 28Ö angeordnet so daß mit dem Abzug der Abgase
aus der Verbrennungskammer 12 die Wandungen der Pyrolysekammer 8 beidseitig beaufschlagt und beheizt
fcs werden. In diesen Gasabzugskanälen sind Filter 30a, 30£
angeordnet die von den Abgasen vor ihrem Eintritt in die Sammelleitung 32a und nachfolgend in den
Abgasstutzen 32 durchströmt werden. Die seitlich
versetzt angeordnete Ascheaustragskammer 20 ist mit einer Sprühvorrichtung 20a versehen, um das Auskühlen
der Asche zu beschleunigen. An den Stutzen 20b 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
809845/378
Claims (9)
1. Einrichtung zur Verbrennung fester und gegebenenfalls zusätzlich flüssiger Abfallstoffe mit
zwei vertikal übereinanderliegenden Kammern, einer Pyrolyse- und einer an diese unmittelbar unten
anschließenden Verbrennungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle (28a,
2&b) der Verbrennungskammer (12) die Außenwandungen der Pyrolysekammer (8) derart teilweise
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 zugeführte Wärme während des Durchlaufs der
Abfallstoffe bis zum Kern der Schüttung vordringt, ferner zwischen Pyrolyse- und Verbrennungskammer
ein oder mehrere Schleuseneiemente (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, 2Sb) 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 *o
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, 2Sb) 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.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die
Schleusenelemente (10) derart ausgebildet sind und mit den Verbrennungsluflzuführungen (9a, 9b) in
Verbindung stehen, daß Verbrennungsluft durch die Schleusenelemente (10) hindurchströmt und durch
Öffnungen (11a, 11 h) auf ihrer Unterseite in die Verbrennungskammer (12) austritt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Luftzuführungen ober- <>o
halb der Schleusenelemente (10) in die Pyrolysekammer münden.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pyrolysekamniern
(8) seitlich derart unmittelbar aneinander h^
anschließen, dall /wischen benachbarten Kammern jeweils ein gemeinsamer Abgaskanal (28) angeordnet
ist.
8. Verfahren zur Verbrennung fester und gegebenenfalls zusätzlich flüssiger Abfallstoffe, bei dem
diese in einer Pyrölysekammer 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 Testen 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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