DE2735139C2

DE2735139C2 - Verbrennungsofen für Abfälle

Info

Publication number: DE2735139C2
Application number: DE2735139A
Authority: DE
Inventors: Willibald Dipl.-Ing. 5170 Jülich Anger; Heinz 5172 Linnich Malleck
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1982-05-06
Also published as: GB2002501B; GB2002501A; FR2399613A1; IT1097791B; JPS6155004B2; JPS5428480A; BE867894A; US4261269A; SE7808370L; NL7805505A; FR2399613B1; IT7826224A0; DE2735139A1; SE439060B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsofen für Abfälle mit einem Schacht zur Aufnahme der Abfälle, in den Frischluftzuführungen münden, mit einem im unteren Endbereich des Schachtes angeordneten Brennraum, mit den Schacht umschließenden Ableitungen für die Rauchgase, mit zumindest einem im Boden des Brennraumes mitlig angeordneten Ablauf für Schmelze und mit einer die Abfälle in einer Abfallsäule zum Brennraum führenden Leiteinrichtung, wobei die Abfallsäule im Schacht vom unteren Rand der Leiteinrichtung ausgehend bis zum Ablauf für die Schmelze im Boden des Brennraurnes in eine freie Schüttung auslauft, die den Brennraum seitlich begrenzt, in den über die Leiteinrichtung Frischluftleitungen münden.

In der österreichischen Patentschrift 2 49 239 wird ein Verbrennungsofen dieser Art beschrieben, bei dem das Abfallmaterial in einem Ringschacht getrocknet und dem Brennraum zugeführt wird. Das Abfallrnaterial wird im Brennraum innerhalb einer verhältnismäßig schmalen Gutschicht an der Oberfläche der Schüttung unter Zufuhr von Brennstoff geschmolzen. Dies bringt jedoch Probleme insbesondere bei heterogenem Abfallmaterial mit sich, beispielsweise bei unterschiedlich konzentriert im Abfall enthaltenen Kunststoffanteilen. Ein gleichmäßiges Abschmelzen des Abfallmaterials läßt sich. bei heterogener Zusammensetzung nur schwierig erreichen.

Ein anderer Verbrennungsofen mit einem Schacht zur Aufnahme der Abfälle ist aus der britischen Patentschrift 13 65 126 bekannt Bei diesem Verbrennungsofen ist die die Abfälle zum Brennraum führende Leiteinrichtung als Rostelement ausgebildet, durch das von unten in die Abfallsäule Frischluft eingeleitet wird, die zusammen mit in der Abfallsäule gebildetem Abgas und

ίο zusammen mit weiterer in die Abfallsäule eingeleiteten Frischluft nach oben durch die Abfallsäule gesaugt wird. Die am oberen Ende des Schachtes abströmenden Gase werden gesonderten Einrichtungen zur Aufbereitung zugeleitet und erst dann zur Verbrennung der Abfälle genutzt

Diese Ausbildung des bekannten Verbrennungsofens ermöglicht es jedoch nicht, die Verbrennung der Abfälle so zu steuern, daß die im Abfallmaterial enthaltene Wärmeenergie zur Verbrennung von Abfällen üblicher Zusammensetzung und zum Schmelzen der Schlacke hinreicht Vielmehr ist es bei der bekannten Einrichtung erforderlich, zusätzlich in der Wandung des Brennraums angeordnete Brenner zu verwenden, durch die Fremdbrennstoff in den Brennraum eingeleitet wird, um so die für das Schmelzen der Schlacke erforderliche Temperatur erreichen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsofen mit einem Brennraum zum Schmelzen des Abfallmaterials zu schaffen, bei dem auch heterogen zusammengesetztes Abfallmaterial mit einem Heizwert von etwa 12 5üOkJ/kg unter Ausnutzung von beim Trocknen, Vergasen und Entgasen des Abfallmaterials bildbaren Brenngasen im Brennraum ohne zusätzliche Energiezufuhr in einfacher Weise gleichmäßig schmelz bar ist. Der Verbrennungsvorgang soll leicht und dabei sicher zu regeln sein.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Verbrennungsofen der Eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leiteinrichtung als im unteren Teil des Schachtes über dem Brennraum angeordneter, die Abfallsaule einschnürender Staukörper ausgebildet ist. daß zwischen dem unteren Rand des Staukörpers und der Schachtinnenwand Öffnungen für den Durchgang der Abfälle verbleiben, daß die Frischluftzuführungen oberhalb des Bereiches der öffnungen münden und daß der Schacht oben gasdicht verschlossen ist. wobei das beim Trocknen, Entgasen und unter Zufuhr von Frischluft beim Vergasen der Abfälle in der Abfallsäulc gebildete Brenngas in den Brennraum nach unten abgezogen wird.

Bei dem Verbrennungsofen gemäß der Erfindung werden die Abfälle im oberen Teil des zentralen Schachtes zunächst unter Luftabschluß erhitzt, was eine Trocknung und Entgasung der Abfälle und somit eine thermische Zersetzung der Abfälle zur Folge hat. Dadurch, daß die Abgase nach unten abgezogen werden, werden auch die bei der Trocknung und Entgasung gebildeten Schwelgase in Richtung des im Schacht ansteigenden Temperaturgradienten weitergeleitet. Das hat zur Folge, daß die Schwelgäse in der steigenden Hitze zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffmolekülen aufgecrackt werden, die sodann im nachfolgenden Verbrennungsschritt leicht und vollständig —

6> ohne teerhaltige Rückstände zu hinterlassen — verbrannt werden.

Durch die oberhalb des Bereiches der Öffnungen zwischen dem unteren Rand des .Staukörpers und der

Schachtinnenwand in den zentralen Schacht mündenden Frischluftzuführungen wird den Abfällen Frischluft im unterstöchiometrischen Verhältnis zugeführt, wobei gegebenenfalls — falls das Abfallmaterial nicht genügend Feuchtigkeit enthält oder ein besonders schwer brennbares Abfallmaterial vorliegt — der Frischluft Wasserdampf oder Wasser zugegeben wird, um so die zur Erzeugung von brennbaren Gasen erwünschte Wassergasreaktion herbeizuführen. Da die entstehenden Gase dabei nach unten durch die öffnungen hindurch abgezogen werden, bildet sich im Bereich zwischen den Frischluftzuführungen oberhalb der Öffnungen und der Leiteinrichtung ein Glutbett aus, in dem sowohl der exotherme Prozeß der Verbrennung als auch — durch den exothermen Prozeß verstärkt — der endotherme Prozeß der Entgasung, insbesondere aber der der Vergasung des Abfallmaterials, ablaufen. Dadurch wird einerseits eine Volumenreduzierung und Versprödung des Abfallmaterials erzielt, was den Durchgang des Materials durch die öffnungen am unteren Rand des Staukörpers erleichtert Andererseits wird durch die im Glutbett ablaufenden Vcvgänge eine Verkokung des Abfallmaterials erzielt und das Material somit in eine homogene Form überführt

Die brennenden Abgase treten, da sie nach unten abgezogen werden, durch das langsam nach unten gelangende verkokte Abfallmaterial in den Brennraum unterhalb des Staukörpers ein und vermischen sich im Brennraum mit der im nahstöchiometrischen Mengenverhältnis über Frischluftleitungen in der Leiteinrich- jo tung in den Brennraum einströmenden Frischluft. Dabei werden insbesondere an der Oberfläche des dia Schüttung bildenden Abfallmaterials, an der die brennbaren Gase mit der Frischluft in Kontakt treten. Temperaturen im Bereich von etwa 1500⁰C erzielt, die zum Schmelzen der nichtbrennbaren Verbrennungsrückstände führen. Die nach unten abfließende Schmelze gelangt dabei durch die im Schachtboden befindliche öffnung in eine Brennkammer und von dieser durch den Ablauf w einen für die Aufnahme der Schmelze vorgesehenen Behälter.

Zur Nachverbrennung der in die Brennkammer durch die im Schachtboden befindliche Öffnung gelangenden Abgase wird im Bereich dieser Öffnung Frischluft in die Brennkammer eingeleitet, wobei außer der Nachverbrennung der Gase zugleich -fine Abkühlung der Rauchgase erzielt wird.

Für den Fall, daß schwerverbrennbare Abfälle verbrannt werden sollen, kann es von Vorteil sein, die Frischluftzuführungen zusätzlich an eine Brenngaszufuhr anzuschließen, um zur besseren Steuerung des Verbremungsvorganger zusätzlich zu der Möglichkeit, die Menge der im unterstöchiometrischen und der im nahstöchiometrischen Mengenverhältnis zugegebenen Frischluft zu verandern, Brenngas einzuspeisen.

Eine vorteilhafte V/eiterausgestaltung des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Staukörper als ein auf einer Achse gelagertes und um die Achse schwenkbares Element ausgebildet ist. Durch die Bewegung des Elementes ist es möglich, auf das im Bereich des GiutbettOs befindliche vefsprödete Abfällmaterial einzuwirken und eine Zerkleinerung dieses Materials zu erreichen, so daß die Ausbildung einer den Brennraum umschließenden lückenlosen Schüttung gewährleistet ist. b5

Ausführangsbeispiele des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung sind ^;n der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es

F i g. 1 einen Verbrennungsofen für Abfälle in RundbbUweise,

Fig.2 einen Verbrennungsofen für Abfälle in Rechteckbauweise,

Fig.3 einen Querschnitt durch den Verbrennungsofen gemäß F i g. 2 längs der Linie A/B.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist zur Aufnahme der Abfälle ein zylinderförmiger zentraler Schacht 1 vorgesehen, dessen unterer Teil aus einer konisch ausgebildeten Ofenmuffel besteht, an deren tiefster Stelle eine zentrale öffnung 2 vorgesehen ist. Die Ofenmuffel, an die sich eine Brennkammer 3 nach unten anschließt, ist auf mehreren Stützen 4 gelagert, von denen in der F i g. 1 jedoch nur eine dargestellt ist. Die Brennkammer 3 steht mit Ableitungen 5 für die Rauchgase in Verbindung, die als ringförmige Kammer, den zentralen Schacht umschließend, ausgebildet sind.

In den Schacht 1 ragt von oben ein zentral geführtes Rohr 6 hinein, das sich in seinem unteren Ende zu einem konischen Teil 7 erweitert Dieses Teil 7 dient zum Stauen des im oberen und mittleren Veil des zentralen Schachtes befindlichen Abfallmaterials und wird als Staukörper bezeichnet Der Staukörper schnürt die Abfallsäule ein. Infolge der Rundbauweise des Verbrennungsofens ist dabei die zwischen dem Staukörper 7 und der Schachtinnenwand verbleibende öffnung 8 als ringförmige öffnung ausgebildet. Von dieser öffnung aus läuft das Abfallmaterial in einer nach innen gerichteten Schüttung aus, die einen Brennraum 9 seitlich umschließt. Im Staukörper 7 ist ein Kegel 10 so angebracht, daß er mit dem Staukörper 7 an dessen unteren Ende öffnungen zur Zufuhr von Frischluft bildet, die durch das als Frischluftleitung dienende Rohr 6 in den Brennraum 9 einführbar ist. Zur Zufuhr von Frischluft in die AbfaKsäule oberhalb des Bereichs der ringförmigen Öffnung 8 sind Frischluftzuführungen 11 entlang der Schachtinnenwand sowie eine das Rohr 6 koaxial umschließende Frischluftzuführung 12 vorgesehen. Die Frischluftzuführungen 11 und 12 sind — wie in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt ist — an eine externe Brenngaszuführung oder auch an eine wasserdampfzuführende Leitung anschließbar. Die Frischluftzuführung 12 isl ferner um ihre Rohrachse als Drehachse rotierbar gelagert und mittels eines Antriebs 13 drehbar. Die Frischluftzuführung 12 dient zugleich als Teil der Leiteinrichtung für die zum Brennraum 9 zu führenden Abfälle. An ihr sind in den Schacht reichende stabförmige Teile 14 angebracht, die beim Drehen der Frischluftzuführung 12 das in der Abfallsäule befindliche Material in Bewegung versetzen und dabei umschichten.

Während des Betriebes des Verbrennungsofens wird Abfallmaterial über eine Beschickungsbox 15 in den zentralen Schacht etwa bis zu einer Höhe, die der in der Zeichnung angegebenen Markierung entspricht eingefüllt. Im oberen und mittleren Teil des Schachtes 1 werden die Abfälle durch die von den Ableitungen 5 aus den Rauchgasen in die Abfallsäule eindringende Wärme getrocknet und entgast. Nach Zufuhr von Frischluft durch die Frischluftzuführungen 11 und 12 findet in dem Bereich direkt oberhalb des Staukörper 7 eine Volumenverminderung des Abfallmaterials durch Ver gasung und eine Zerkleinerung infolge von Versprödung des Materials statt. Im Brennraum 9, in dem eine Temperatur im Pereich von etwa 1500⁰C erzielt wird, verbrennt das Abfallmaterial endgültig und die nichtbrennbaren Rückstände werden geschmolzen. Die aus der Öffnung 2 im Boden des Schachtes in die

Brennkammer 3 austretenden Gase werden nachverbrannt, wobei weitere Frischluft über eine in der Stütze 4 und der Ofenmuffel verlaufende Leitung 16 zugeführt wird. Während die Schmelze durch die öffnung 2 und einen Ablauf 17 im Boden der Brennkammer 3 in einen Behälter 18 gelangt, strömen die Rauchgase durch die Ableitungen 5 über Filter 19 zur Abgasleitung 20, wobei in den Rauchgasen schwebend mitgeführte Feststoffanteile an den Filtern abgelagert und hier durch den in den heißen Gasen noch vorhandenen Sauerstoff ausgebrannt werden. Die Filter können daher beispielsweise aus Keramik-Lochplatten mit in Richtung der ankommenden Abgase angeordneten Matten aus keramischen Fasern bestehen.

In F i g. 2 ist eine Variante des Verbrennungsofens gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Variante unterscheidet sich — abgesehen von der rechteckigen Grundform — von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Verbrennungsofens in erster Linie darin, daß der Staukörper als ein die Abfallsäule zu zwei sich gegenüberstehenden Schachtinnenwänden hin einschnürendes Element 21 ausgebildet ist. Dieses Element 21 ist — wie aus Fig. 3 ersichtlich ist — um eine Achse 22 um etwa 15" schwenkbar gelagert und weist senkrecht zur Achse 22 einen dreieckig geformten Querschnitt auf. Durch eine Bewegung des Elements 21 wird ein hinreichender Zufluß von Abfallmaterial zur Schüttung gewährleistet. Für die Zufuhr von Frischluft in den Brennraum 9 sind über die Achse 22 in dem

ίο Element geführte Leitungen 23 vorgesehen.

Da es sich bei dem Verbrennungsofen gemäß der Erfindung um eine Kompakteinrichtung handelt, der nichtbrennbare Rückstand als geschmolzene Asche und somit sehr auslaugbeständig vorliegt und die in den

Ii Rauchgasen mitgeführten Schwebeteilchen durch Filter zurückgehalten werden, ist der Verbrennungsofen nicht nur für normalen Müll oder für klinische Abfälle, sondern auch für radioaktiv verseuchte Materialien einsetzbar.

Hierzu 3 Bhitt /cicluiunecn

Claims

Patentansprüche;

1. Verbrennungsofen für Abfälle, mit einem Schacht zur Aufnahme der Abfälle, in den Frischluftzuführungen münden, mit einem im unteren Endbereich des Schachtes angeordneten Brennraum, mit den Schacht umschließenden Ableitungen für die Rauchgase, mit zumindest einem im Boden des Brennraumes mittig angeordneten Ablauf für Schmelze und mit einer die Abfälle in einer Abfallsäule zum Brennraum führenden Leiteinrichtung, wobei die Abfallsäule im Schacht vom unteren Rand der Leiteinrichtung ausgehend bis zum Ablauf für die Schmelze im Boden des Brennraumes in eine freie Schüttung ausläuft, die den Brennraum seitlich begrenzt, in den über die Leiteinrichtung Frischluftleitungen münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung als im unteren Teil des Schachtes (1) über dem Brennraum (9) angeordneter, die Ab/ivÜsäule einschnürender Staukörper (7) ausgebildet ist. daß zwischen dem unteren Rand des Staukörpers (7) und der Schachtinnenwand öffnungen (8) für den Durchgang der Abfälle verbleiben, daß die Frischluftzuführungen (11, 12) oberhalb des Bereiches der Öffnungen (8) münden und daß der Schacht (1) oben gasdicht verschlossen ist, wobei das beim Trocknen, Entgasen und unter Zufuhr von Frischluft beim Vergasen der Abfälle in der Abfallsäule gebildeten Brenngas in den Brennraum (9) nach unten abgezogen wird.

2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftzuführungen (11, 12) zusätzlich an eine Bren.igaszufuhr anschließbar sind.

3. Verbrennungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (9) als ein auf einer Achse (22) gelagertes und um die Achse (22) schwenkbares Element (21) ausgebildet ist