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EP0579987A1 - Rotary kiln - Google Patents

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Publication number
EP0579987A1
EP0579987A1 EP93110401A EP93110401A EP0579987A1 EP 0579987 A1 EP0579987 A1 EP 0579987A1 EP 93110401 A EP93110401 A EP 93110401A EP 93110401 A EP93110401 A EP 93110401A EP 0579987 A1 EP0579987 A1 EP 0579987A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary tube
tube furnace
primary air
air nozzles
furnace according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP93110401A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0579987B1 (en
Inventor
Dieter Prof. Dr.-Ing. Wurz
Arvid Christmann
Gebhard Dr.-Ing. Schetter
Wilfried Schings
Dietmar Dr.-Ing. Schneider
Rüdiger Trumpf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Babcock Anlagen AG
Original Assignee
Deutsche Babcock Anlagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Babcock Anlagen AG filed Critical Deutsche Babcock Anlagen AG
Publication of EP0579987A1 publication Critical patent/EP0579987A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0579987B1 publication Critical patent/EP0579987B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories or equipment specially adapted for rotary-drum furnaces
    • F27B7/36—Arrangements of air or gas supply devices
    • F27B7/362—Introducing gas into the drum axially or through the wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/20—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having rotating or oscillating drums

Definitions

  • Hazardous waste is preferably incinerated in rotary kilns.
  • the combustion gases from the rotary kiln are introduced into an afterburning chamber, where they have to remain at a certain temperature level for a minimum period in accordance with legal requirements.
  • Figures 1 and 2 show in a schematic longitudinal section and in a cross section along the line II-II in Figure 1 an example of such an incinerator according to the prior art.
  • Solid and pasty waste is fed in via an inlet chute 2 or in containers on the fixed end face 4 of the rotary kiln 1 via the inlet cross section 3. Liquid residues are also supplied via this end face 4. Liquid residues with a higher calorific value and contaminated waste water are also injected into an afterburning chamber 6. Reliable atomization into droplets that are as small as possible is of great importance here, so that significant portions of the residence time in the afterburning chamber are not used for the process of droplet evaporation.
  • the quantity and type of supply of the combustion air are of considerable importance for the combustion process in the rotary kiln 1. So far, the combustion air has been introduced into the rotary tube 8 of the rotary tube furnace 1 via the inlet chute 2 for the solid fuel or via a nozzle system.
  • the flow rate of the primary air that has entered through the inlet chute 2 is relatively low, so that only little energy is available for increasing the turbulence.
  • the flow impulse of the two types of primary air introduction has a strong component in the direction of the rotary tube axis A, so that partial quantities of the flue gases can pass through the rotary tube relatively quickly, even if a low-pulse return flow region is generated in the region of the rotary tube furnace near the end wall.
  • the object of the invention is to ensure that the residues are burned as far as possible both in the gas phase and in the fuel bed.
  • the invention thus proposes a new type of primary air supply. While previously the primary air supply counteracted natural convection in the rotary tube, the new type of primary air supply according to the invention fanned natural, that is, thermally induced convection.
  • FIGS. 3 to 5 The same parts are identified in FIGS. 3 to 5 with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 3 and 4 The flow field is shown in FIGS. 3 and 4, as is obtained by looking into the clockwise rotating (arrow f) rotary tube 8 through a transparent end wall 4 which does not rotate with the rotary tube 8. At least two, and at most eight primary air nozzles 20, 22 penetrate the upper region of the end wall 4 at an angle ⁇ . When viewed from the front wall 4 (FIG.
  • the primary air is blown in substantially tangentially to a circle around the axis of the rotary tube (A) through the primary air nozzles 20, 22 (that is, not here via the inlet chute 2), so that two opposite vortices 24 , 26 are generated with axes of rotation 25, 27 and directions of rotation parallel to the axis of the rotary tube (A), which leads to a central ascending current in the same direction as the thermally induced movement of the fuel gases (double arrow T, F).
  • the primary air heats up on its way to the fuel bed 10 by admixing recirculating combustion gases (FIG. 4), and ignites the fire from both sides of the fuel bed 10.
  • the steepness or slope of the vortex spiral can be adjusted to the requirements of the respective fuel bed 10, such as the local oxygen demand.
  • each of the two to eight primary air nozzles 20, 22 with an adjustable swirl generator (adjustable swirl guide grill). While an unswirled primary air jet remains comparatively well focused and penetrates the fuel bed 10 with considerable momentum, which can be accompanied by an increased flying sparks, a primary air jet will weaken with increasing self-twist due to combustion gas admixture.
  • mixed operation may also be advantageous, in which a certain percentage of the primary air is introduced into the rotary tube 1 as before via the solid fuel feed (inlet chute 2 according to FIG. 1). This applies in particular to avoiding the entry of whirled up particles into the inlet chute 2.
  • the “double swirl system” constructed as described according to the invention also has a relevant swirl in the end of the rotary tube at the rotary tube outlet 9, it makes sense to use the movement quantity contained in this vortex system for mixing processes in the afterburning chamber 6.
  • the burners or mixed air nozzles 30, 32, 33 used at the transition from rotary kiln 1 to afterburner chamber 6 or in afterburner chamber 6 are arranged in such a way that with them the already existing tendency towards mixture exiting from rotary kiln 1 Double vortex 24, 26 is reinforced so that opposing vortex 34, 36 are also present in the afterburning chamber 6.
  • burners and mixed air nozzles 30, 32, 33 in the afterburning chamber 6 it is crucial not to make the individual pulse sources too weak.
  • the number of burners or mixed air nozzles must therefore not be too large.
  • An arrangement of at least three burners according to FIG. 5 or vice versa should be the preferred configuration, that is, with only one central burner 33 on the rotary tube side and two burners 30, 33 on the side away from the rotary tube (wall 7) of the afterburning chamber 6, have proven their worth.

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Abstract

Ein Drehrohrofen mit Primärlufteinleitung an der Stirnwand des Drehrohres zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens zwei Primärluftdüsen so zueinander und zum Brennstoffbett gerichtet sind, daß zwei gegenläufige Wirbel im Drehrohr entstehen, deren Drehachsen im wesentlichen parallel zur Achse des Drehrohres verlaufen und die so um diese Drehachsen drehen, daß sie die thermikinduzierte Bewegung der Brenngase unterstützen.A rotary kiln with primary air inlet on the end wall of the rotary tube is characterized in that at least two primary air nozzles are directed towards each other and towards the fuel bed in such a way that two opposing vortices are created in the rotary tube, the axes of rotation of which are essentially parallel to the axis of the rotary tube and so about these axes of rotation turn that they support the thermally induced movement of the fuel gases.

Description

Sondermüll wird bevorzugt in Drehrohröfen verbrannt. Die Verbrennungsgase aus dem Drehrohr werden in eine Nachbrennkammer eingeleitet, wo sie in Übereinstimmung mit gesetzlichen Vorgaben eine Mindestzeit auf einem bestimmten Temperaturniveau verweilen müssen.Hazardous waste is preferably incinerated in rotary kilns. The combustion gases from the rotary kiln are introduced into an afterburning chamber, where they have to remain at a certain temperature level for a minimum period in accordance with legal requirements.

Die Figuren 1 und 2 zeigen in einem schematischen Längsschnitt und in einem Querschnitt nach der Linie II-II in Figur 1 ein Beispiel einer derartigen Verbrennungsanlage nach dem Stand der Technik.Figures 1 and 2 show in a schematic longitudinal section and in a cross section along the line II-II in Figure 1 an example of such an incinerator according to the prior art.

Fester und pastöser Abfall wird über eine Einlaufschurre 2 bzw. in Gebinden an der feststehenden Stirnfläche 4 des Drehrohrofens 1 über den Einlaßquerschnitt 3 aufgegeben. Flüssige Reststoffe werden ebenfalls über diese Stirnfläche 4 zugeführt. Flüssige Reststoffe mit höherem Heizwert sowie kontaminierte Abwässer werden darüberhinaus in eine Nachbrennkammer 6 eingedüst. Eine zuverlässige Zerstäubung in möglichst kleine Tropfen ist hier von großer Bedeutung, damit nicht wesentliche Anteile der Verweilzeit in der Nachbrennkammer für den Prozeß der Tropfenverdunstung verbraucht werden.Solid and pasty waste is fed in via an inlet chute 2 or in containers on the fixed end face 4 of the rotary kiln 1 via the inlet cross section 3. Liquid residues are also supplied via this end face 4. Liquid residues with a higher calorific value and contaminated waste water are also injected into an afterburning chamber 6. Reliable atomization into droplets that are as small as possible is of great importance here, so that significant portions of the residence time in the afterburning chamber are not used for the process of droplet evaporation.

Für den Verbrennungsprozeß im Drehrohrofen 1 sind Menge und Art der Zuführung der Verbrennungsluft von erheblicher Bedeutung. Bisher wurde die Verbrennungsluft über die Einlaufschurre 2 für den Festbrennstoff bzw. über ein Düsensystem in das Drehrohr 8 des Drehrohrofens 1 eingeleitet. Die Strömungsgeschwindigkeit der eingetretenen Primärluft über die Einlaufschurre 2 ist dabei relativ gering, so daß auch nur wenig Energie für die Anfachung der Turbulenz zur Verfügung steht. Ferner hat der Strömungsimpuls der beiden Arten der Primärlufteinleitung eine starke Komponente in Richtung Drehrohrachse A, so daß Teilmengen der Rauchgase das Drehrohr relativ schnell durchlaufen können, auch wenn im stirnwandnahen Bereich des Drehrohrofens ein impulsschwaches Rückstromgebiet erzeugt wird. Hieraus resultiert ein unzureichender gasseitiger Ausbrand im Drehrohr 8, der eine intensive Nachverbrennung in der Nachbrennkammer 6 erforderlich macht. Darüber hinaus drückt bei dieser Art der Primärluftzufuhr die Luft von oben in Richtung des Pfeiles F auf das Brennstoff- oder Feuerbett 10. Die Rauchgase werden dadurch im vorderen Bereich des Drehrohres gezwungen, seitlich im Drehrohr aufzusteigen. Hieraus resultieren zwei schwach ausgeprägte und schnell zerfallende gegenläufige Wirbel 12, 14. Dem natürlichen Flammenverhalten mit der Entwicklung einer ebenfalls turbulenzerzeugenden Thermik, die in der Mittenebene des Drehrohres nach oben in Richtung des Pfeiles T aufsteigt, wird dadurch entgegengewirkt, denn die Thermik induziert zwar auch ein Wirbelpaar 13, 15,jedoch mit gegenläufiger Drehrichtung zum Wirbelpaar 12, 14, welches durch die Primärluftzufuhr erzeugt wird.The quantity and type of supply of the combustion air are of considerable importance for the combustion process in the rotary kiln 1. So far, the combustion air has been introduced into the rotary tube 8 of the rotary tube furnace 1 via the inlet chute 2 for the solid fuel or via a nozzle system. The flow rate of the primary air that has entered through the inlet chute 2 is relatively low, so that only little energy is available for increasing the turbulence. Furthermore, the flow impulse of the two types of primary air introduction has a strong component in the direction of the rotary tube axis A, so that partial quantities of the flue gases can pass through the rotary tube relatively quickly, even if a low-pulse return flow region is generated in the region of the rotary tube furnace near the end wall. This results in an insufficient gas-side burnout in the rotary tube 8, which makes intensive afterburning in the afterburning chamber 6 necessary. In addition, with this type of primary air supply, the air presses on the fuel or fire bed 10 in the direction of arrow F from above, thereby forcing the flue gases in the front region of the rotary tube to rise laterally in the rotary tube. This results in two weakly pronounced and rapidly disintegrating opposing vortices 12, 14. The natural flame behavior with the development This also counteracts a turbulence-generating thermals that rise upwards in the center plane of the rotary tube in the direction of arrow T, because the thermals also induce a pair of vortices 13, 15, but with the opposite direction of rotation to the pair of vortices 12, 14, which is caused by the primary air supply is produced.

Bekanntermaßen sind im Hinblick auf einen erwünschten weitestgehenden Ausbrand der Reststoffe Temperatur, Verweilzeit und Turbulenz von entscheidender Bedeutung. Betrachtet man die Vorgänge von einem oberflächlichen Standpunkt ohne ausreichenden Einblick in die wesentlichen physikalischen und chemischen Prozeßabläufe aus, könnte man zu dem Ergebnis kommen, daß eine erhöhte Turbulenz das Einhalten einer erforderlichen Verweilzeit behindert; dies deshalb, weil bei einem idealen Rührkessel mit intensiver Turbulenz Teilmengen des eingebrachten Stoffes bereits nach einer beliebig kurzen Verweilzeit den Reaktionsraum durchlaufen haben.It is known that temperature, residence time and turbulence are of crucial importance with regard to the desired extensive burnout of the residues. If one looks at the processes from a superficial point of view without sufficient insight into the essential physical and chemical processes, one could come to the conclusion that increased turbulence hinders the maintenance of a required dwell time; this is because in an ideal stirred tank with intensive turbulence, partial quantities of the introduced material have already passed through the reaction space after an arbitrarily short residence time.

Im Hinblick auf das Erzielen eines vollständigen Abbrandes kommt auch dem Austrag gröberer Partikel aus Drehrohrofen und Nachbrennkammer eine große Bedeutung zu. Da grobe Partikel relativ langsam ausbrennen, sollte deren Austrag aus dem Drehrohr weitestgehend unterbunden werden. Richtet man einen Primärluftstrahl höherer Geschwindigkeit auf den vorderen Abschnitt des Brennstoffbettes, können große Feststoffpartikel verstärkt aufgewirbelt und aus dem Drehrohr ausgetragen werden. Auch dies sollte unterbunden werden.With a view to achieving complete combustion, the discharge of coarser particles from the rotary kiln and the afterburner is of great importance. Since coarse particles burn out relatively slowly, their discharge from the rotary tube should be largely prevented. If a higher-speed primary air jet is directed onto the front section of the fuel bed, large solid particles can be whirled up and discharged from the rotary tube. This should also be prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst weitgehenden Abbrand der Reststoffe sowohl in der Gasphase als auch im Brennstoffbett sicherzustellen.The object of the invention is to ensure that the residues are burned as far as possible both in the gas phase and in the fuel bed.

Diese Aufgabe ist durch Anspruch 1 gelöst.This object is solved by claim 1.

Die Erfindung schlägt somit eine neuartige Primärluftzufuhr vor. Während bislang die Primärluftzufuhr der natürlichen Konvektion im Drehrohr entgegenwirkte, wird mit der neuartigen Primärluftzufuhr nach der Erfindung die natürliche, das heißt die thermikinduzierte Konvektion angefacht.The invention thus proposes a new type of primary air supply. While previously the primary air supply counteracted natural convection in the rotary tube, the new type of primary air supply according to the invention fanned natural, that is, thermally induced convection.

Dem liegt die Einsicht zugrunde, daß Turbulenz zwar durchaus einen sehr positiven Einfluß auf den Verbrennungsprozeß ausübt, daß jedoch primär ein Queraustausch bezogen auf die Achslage in Drehrohrofen und Nachbrennkammer, anzustreben ist, während eine intensive grobskalige Turbulenz in Längsrichtung nachteilige Folgen hat. Wenn hier demnach summarisch von der positiven Wirkung der Turbulenz gesprochen wird, so impliziert dies immer, daß man von einer grobskaligen Turbulenz in Querrichtung zur Drehrohr- bzw. Nachbrennkammer-Achse ausgeht, während der mittel- und feinskaligen Turbulenz, die zwangsläufig auch starke koaxiale Komponenten aufweist, keine bevorzugte Richtung zukommt.This is based on the insight that turbulence has a very positive influence on the combustion process, but that primarily a cross-exchange in relation to the axis position in the rotary kiln and afterburner chamber should be sought, while intensive coarse-scale turbulence in the longitudinal direction has disadvantageous consequences. Accordingly, if one speaks here in summary of the positive effect of turbulence, this always implies that one assumes coarse-scale turbulence in the transverse direction to the axis of the rotary kiln or afterburner, while medium- and fine-scale turbulence, which inevitably also has strong coaxial components has no preferred direction.

Die Prozesse, die normalerweise erst in der Nachbrennkammer ablaufen, werden bei Einsatz eines Drehrohrsystems nach der Erfindung weitgehend schon im Drehrohr abgeschlossen, so daß der Nachbrennkammer nur noch die Funktion einer Reaktionsreservezone zukommt. Dadurch ist eine Betriebsweise mit geringem Sauerstoffgehalt bei intensivierter Durchmischungsrate möglich, wodurch ein verbessertes Temperatur-Verweilzeitprofil erzeugt wird. Dies ermöglicht es, den Einsatz höherwertiger Brennstoffe weitgehend zu reduzieren. Das Konzept der Erfindung läßt sich in der Kurzformel
   "Drehrohrofensystem mit Verbrennungsluftführung im Doppelwirbel zur integrierten Nachverbrennung gasförmiger Schadstoffe"
zusammenfassen.The processes that normally only take place in the afterburning chamber are largely completed in the rotating tube when using a rotary tube system according to the invention, so that the afterburning chamber only has the function of a reaction reserve zone. This enables operation with a low oxygen content and an intensified mixing rate, which produces an improved temperature-residence time profile. This makes it possible to largely reduce the use of higher quality fuels. The concept of the invention can be summarized in the short formula
"Rotary kiln system with combustion air duct in the double vortex for integrated afterburning of gaseous pollutants"
sum up.

Da der Antriebsmechanismus, der durch die Flammenthermik ins Spiel kommt, erst zum stirnwandfernen Ende des Drehrohres hin abnimmt, wirkt ein in der Nähe der Stirnwand des Drehrohres durch gegenläufige tangentiale Primärlufteinleitung erzeugtes und mit der thermikinduzierten Wirbelströmung gleichsinnig drehendes Wirbelpaar trotz Wandreibung wesentlich intensiver als ein gegenläufig zu dem thermikerzeugten Wirbelpaar drehendes Wirbelpaar oder als ein einziger Wirbel.Since the drive mechanism, which comes into play due to the flame thermals, only decreases towards the end of the rotary tube remote from the end wall, a vortex pair generated near the end wall of the rotary tube by opposing tangential primary air introduction and rotating in the same direction with the thermally induced vortex flow acts much more intensely than a counter-rotating despite wall friction to the thermally generated vortex pair rotating vortex pair or as a single vortex.

Durch die Erzeugung des Wirbelpaares wird auch eine kleinräumige intensive Rückmischung heißer Verbrennungsgase in den Stirnwandbereich erzielt. Hierdurch wird die Zündung des zu verbrennenden Reststoffes begünstigt.By generating the vortex pair, a small-scale intensive backmixing of hot combustion gases in the end wall area is also achieved. This favors the ignition of the residual material to be burned.

Durch die Primärluftzufuhr nach der Erfindung wird die Vermischung im Drehrohr wesentlich verbessert, und zwar im wesentlichen durch einen Lateraleffekt. Dies ist auch deshalb von großer Bedeutung, weil im Zuge der Wertstoffrückgewinnung der Heizwert der festen und flüssigen Reststoffe weiter abnehmen dürfte. Es besteht daher ein großes Interesse daran, den Abbrand bei geringerem Sauerstoffangebot zu steigern. Dies ist mit der Erfindung erreichbar.Mixing in the rotary tube is substantially improved by the primary air supply according to the invention, essentially by a lateral effect. This is also of great importance because the calorific value of solid and liquid residues should decrease further in the course of the recovery of valuable materials. There is therefore a great interest in increasing the burn-up with less oxygen supply. This can be achieved with the invention.

Wenn zuviel Luft als Sauerstoffträger und Impulsspeicher für Vermischungsprozesse eingebracht wird, sinkt die Temperatur der Verbrennungsprodukte zwangsläufig, so daß tatsächlich in erheblichem Umfang Stützfeuerung eingesetzt werden muß, um die Temperatur-Verweilzeitbedingungen zu erfüllen. Es kommt dann zu der paradoxen Konzeption, daß zwar, dem Gebot der Wertstoffrückgewinnung folgend. Komponenten mit höhrerem Heizwert (z. B. Lösungsmittel) mit erheblichen Kosten und begrenzter Reinheit aus dem Abfall zurückgewonnen werden, daß jedoch stattdessen wertvolle Rohstoffe (Heizöl, Erdgas) eingesetzt werden müssen, um die erforderlichen Temperaturen in der Nachbrennkammer zu erreichen.If too much air is introduced as an oxygen carrier and pulse accumulator for mixing processes, the temperature of the combustion products inevitably drops, so that auxiliary firing actually has to be used to a considerable extent in order to meet the temperature residence time conditions. The paradoxical conception then arises that, indeed, following the principle of recovering valuable materials. Components with a higher calorific value (e.g. solvents) can be recovered from the waste with considerable costs and limited purity, but instead valuable raw materials (Heating oil, natural gas) must be used to achieve the required temperatures in the afterburner.

Dies wird mit der Erfindung, soweit möglich, vermieden.As far as possible, this is avoided with the invention.

Ein weiterer Aspekt, der sich im Verlauf umfangreicher experimenteller Untersuchungen gezeigt hat, ist der folgende:Another aspect that has been shown in the course of extensive experimental investigations is the following:

Bei Primärluftzufuhr über die Feststoffaufgabe (Einlaufschurre) ist schon nach der halben Drehrohrlänge in der Nachbarschaft des Brennstoffbettes nur noch ein schwacher Geschwindigkeitsgradient in der Gasphase festzustellen. Die Sauerstoffzufuhr in den austrittsseitigen Bereich des Brennstoffbettes im Drehrohr ist demnach beeinträchtigt. Im Gegensatz hierzu wird durch die Doppelwirbelkonfiguration nach der Erfindung auch noch in einem Bereich jenseits der halben Drehrohrlänge der Impuls- und Stoffaustausch und demzufolge auch der Sauerstoffeintrag sowie die grob-, mittel- und feinskalige Vermischung der Reaktionspartner stark angefacht. Durch einen beschleunigten Abtransport der gasförmigen Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungszone wird auch der Abbrand an der Oberfläche des Brennstoffbettes positiv beeinflußt.With primary air supply via the solids feed (inlet chute), only a weak velocity gradient in the gas phase can be determined after half the length of the rotary tube in the vicinity of the fuel bed. The oxygen supply in the outlet-side area of the fuel bed in the rotary tube is accordingly impaired. In contrast to this, due to the double vortex configuration according to the invention, the impulse and material exchange and consequently also the oxygen input as well as the coarse, medium and fine-scale mixing of the reactants is intensified in an area beyond half the length of the rotary tube. Accelerated removal of the gaseous combustion products from the combustion zone also has a positive effect on the burnup on the surface of the fuel bed.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3
einen schematischen Längschnitt durch ein Drehrohrsystem nach der Erfindung;
Fig. 4
einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3 und
Fig. 5
einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 3.
The invention is explained below with reference to schematic drawings of an embodiment with further details. Show it:
Fig. 3
a schematic longitudinal section through a rotary tube system according to the invention;
Fig. 4
a cross section along the line IV-IV in Fig. 3 and
Fig. 5
3 shows a cross section along the line VV in FIG. 3.

Gleiche Teile sind in den Figuren 3 bis 5 mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 bezeichnet.The same parts are identified in FIGS. 3 to 5 with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.

Dargestellt ist in den Figuren 3 und 4 das Strömungsfeld, wie es sich bei Einblick in das im Uhrzeigersinn drehende (Pfeil f) Drehrohr 8 durch eine durchsichtig angenommene, nicht mit dem Drehrohr 8 mitdrehende Stirnwand 4 ergibt. Wenigstens zwei, und höchstens acht Primärluftdüsen 20, 22 durchsetzen den oberen Bereich der Stirnwand 4 unter einem Winkel α. Die Primärluft wird bei Betrachtung von der Stirnwand 4 her (Fig. 4) im wesentlichen tangential zu einem Kreis um die Drehrohrachse (A) durch die Primärluftdüsen 20, 22 (also hier nicht über die Einlaufschurre 2) eingeblasen, so daß zwei gegenläufige Wirbel 24, 26 mit zur Drehrohrachse (A) parallelen Drehachsen 25, 27 und Drehrichtungen erzeugt werden, die zu einem zentralen aufsteigenden Strom in gleicher Richtung wie die thermikinduzierte Bewegung der Brenngase führt (Doppelpfeil T, F). Die Primärluft heizt sich auf ihrem Weg zum Brennstoffbett 10 durch Zumischung rezirkulierender Verbrennungsgase auf (Fig. 4), und facht das Feuer von beiden Seiten des Brennstoffbettes 10 her an.The flow field is shown in FIGS. 3 and 4, as is obtained by looking into the clockwise rotating (arrow f) rotary tube 8 through a transparent end wall 4 which does not rotate with the rotary tube 8. At least two, and at most eight primary air nozzles 20, 22 penetrate the upper region of the end wall 4 at an angle α. When viewed from the front wall 4 (FIG. 4), the primary air is blown in substantially tangentially to a circle around the axis of the rotary tube (A) through the primary air nozzles 20, 22 (that is, not here via the inlet chute 2), so that two opposite vortices 24 , 26 are generated with axes of rotation 25, 27 and directions of rotation parallel to the axis of the rotary tube (A), which leads to a central ascending current in the same direction as the thermally induced movement of the fuel gases (double arrow T, F). The primary air heats up on its way to the fuel bed 10 by admixing recirculating combustion gases (FIG. 4), and ignites the fire from both sides of the fuel bed 10.

Durch Variieren des Neigungswinkel α der Primärluftdüsen 20, 22 läßt sich die Steilheit oder Steigung der Wirbelspirale auf die Erfordernisse des jeweiligen Brennstoffbettes 10, wie den lokalen Sauerstoffbedarf, einstellen.By varying the angle of inclination α of the primary air nozzles 20, 22, the steepness or slope of the vortex spiral can be adjusted to the requirements of the respective fuel bed 10, such as the local oxygen demand.

Um die Einmischung rezirkulierender Rauchgase in den Primärluftstrahl im Betrieb variieren zu können, ist es möglich, jede der zwei bis acht Primärluftdüsen 20, 22 mit einem einstellbaren Drallerzeuger (verstellbares Dralleitgitter) auszurüsten. Während ein in sich unverdrallter Primärluftstrahl vergleichsweise gut gebündelt bleibt und mit erheblichem Impuls in das Brennstoffbett 10 eindringt, was mit einem verstärkten Funkenflug einhergehen kann, wird sich ein Primärluftstrahl mit zunehmendem Eigendrall durch Verbrennungsgaszumischung abschwächen.In order to be able to vary the mixing of recirculating flue gases into the primary air jet during operation, it is possible to equip each of the two to eight primary air nozzles 20, 22 with an adjustable swirl generator (adjustable swirl guide grill). While an unswirled primary air jet remains comparatively well focused and penetrates the fuel bed 10 with considerable momentum, which can be accompanied by an increased flying sparks, a primary air jet will weaken with increasing self-twist due to combustion gas admixture.

Hiermit ist eine Anpassung an die Erfordernisse des Brennstoffbettes 10 mit geringem Aufwand möglich.This allows adaptation to the requirements of the fuel bed 10 with little effort.

Unter bestimmten Voraussetzungen kann auch ein Mischbetrieb vorteilhaft sein, bei dem ein gewisser Prozentsatz der Primärluft wie bisher über die Festbrennstoffaufgabe (Einlaufschurre 2 gemäß Fig. 1) in das Drehrohr 1 eingeleitet wird. Dies gilt insbesondere für eine Vermeidung des Eintrages aufgewirbelter Partikel in die Einlaufschurre 2.Under certain conditions, mixed operation may also be advantageous, in which a certain percentage of the primary air is introduced into the rotary tube 1 as before via the solid fuel feed (inlet chute 2 according to FIG. 1). This applies in particular to avoiding the entry of whirled up particles into the inlet chute 2.

Ferner ist auch die Nutzung eines vom Stirnwandbrenner (nicht gezeigt) eingebrachten Impulses für die Erzeugung der "Doppelwirbel" 24, 26 unter gewissen Randbedingungen vorteilhaft.Furthermore, the use of a pulse introduced by the end wall burner (not shown) for the generation of the "double vortex" 24, 26 is advantageous under certain boundary conditions.

Da das wie beschrieben aufgebaute "Doppelwirbelsystem" nach der Erfindung auch noch im stirnwandfernen Drehrohrende am Drehrohraustritt 9 einen relevanten Drall aufweist, ist es sinnvoll, die in diesem Wirbelsystem steckende Bewegungsgröße für Vermischungsprozesse in der Nachbrennkammer 6 zu nutzen. In konsequenter Verfolgung der Grundidee sind daher auch die am Übergang von Drehrohrofen 1 zur Nachbrennkammer 6 bzw. in der Nachbrennkammer 6 eingesetzten Brenner bzw. Mischluftdüsen 30, 32, 33 derart angeordnet, daß mit ihnen die schon bestehende Mischungstendenz durch den aus dem Drehrohr 1 austretenden Doppelwirbel 24, 26 verstärkt wird, so daß gegenläufige Wirbel 34, 36 auch in der Nachbrennkammer 6 vorhanden sind. Für die Anordnung von Brennern und Mischluftdüsen 30, 32, 33 in der Nachbrennkammer 6 ist es von entscheidender Bedeutung, die einzelnen Impulsquellen nicht zu schwach auszuführen. Die Zahl der Brenner oder Mischluftdüsen darf daher nicht zu groß gewählt werden. Als bevorzugte Konfiguration dürfte sich eine Anordnung von mindestens drei Brennern gemäß Fig. 5 oder umgekehrt, das heißt mit nur einem mittigen Brenner 33 auf der Drehrohrseite und zwei Brennern 30, 33 auf der drehrohrfernen Seite (Wand 7) der Nachbrennkammer 6 , bewähren.Since the “double swirl system” constructed as described according to the invention also has a relevant swirl in the end of the rotary tube at the rotary tube outlet 9, it makes sense to use the movement quantity contained in this vortex system for mixing processes in the afterburning chamber 6. In consistent pursuit of the basic idea, therefore, the burners or mixed air nozzles 30, 32, 33 used at the transition from rotary kiln 1 to afterburner chamber 6 or in afterburner chamber 6 are arranged in such a way that with them the already existing tendency towards mixture exiting from rotary kiln 1 Double vortex 24, 26 is reinforced so that opposing vortex 34, 36 are also present in the afterburning chamber 6. For the arrangement of burners and mixed air nozzles 30, 32, 33 in the afterburning chamber 6, it is crucial not to make the individual pulse sources too weak. The number of burners or mixed air nozzles must therefore not be too large. An arrangement of at least three burners according to FIG. 5 or vice versa should be the preferred configuration, that is, with only one central burner 33 on the rotary tube side and two burners 30, 33 on the side away from the rotary tube (wall 7) of the afterburning chamber 6, have proven their worth.

Zweckmäßigerweise wird die Konfiguration von drei Düsen oder Brennern 30, 32, 33 in einer gemeinsamen horizontalen Ebene E1 angeordnet (Fig. 3).The configuration of three nozzles or burners 30, 32, 33 is expediently arranged in a common horizontal plane E1 (FIG. 3).

Es kann zur Unterstützung des Wirbelbildungseffektes auch von Vorteil sein, in der Nachbrennkammer 6 mehrere solche Sätze von zum Beispiel je drei Brennern bzw. Mischluftdüsen über die Höhe der Nachbrennkammer 6 verteilten parallelen Ebenen anzuordnen, wie durch eine zweite Ebene E2 in Fig. 3 angedeutet.To support the vortex formation effect, it can also be advantageous to arrange several such sets of, for example, three burners or mixed air nozzles each distributed over the height of the afterburning chamber 6 in the afterburning chamber 6, as indicated by a second level E2 in FIG. 3.

Claims (16)

Drehrohrofen mit Primärlufteinleitung an der Stirnwand des Drehrohres, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Primärluftdüsen (20, 22) so zueinander und zum Brennstoffbett (10) gerichtet sind, daß zwei gegenläufige Wirbel (24, 26) im Drehrohr (8) erzeugt werden, deren Drehachsen (25, 27) im wesentlichen parallel zur Achse (A) des Drehrohres verlaufen und die um diese Drehachsen (25, 27) so drehen, daß sie die thermikinduzierte Bewegung (Pfeil T) der Brenngase unterstützen.Rotary tube furnace with primary air inlet on the end wall of the rotary tube, characterized in that
that at least two primary air nozzles (20, 22) are directed towards each other and towards the fuel bed (10) in such a way that two opposing vortices (24, 26) are generated in the rotary tube (8), the axes of rotation (25, 27) of which are essentially parallel to the axis ( A) of the rotary tube and which rotate about these axes of rotation (25, 27) so that they support the thermally induced movement (arrow T) of the fuel gases. Drehrohrofen mit Nachbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Anordnung und Ausrichtung von Zusatzbrennern oder Mischluftdüsen (30, 32, 33) in der Nachbrennkammer (6) die aus dem Drehrohr (1) auslaufenden beiden gegenläufigen Wirbel (24, 26) verstärkt werden.Rotary tube furnace with afterburner chamber according to claim 1, characterized in that by suitable arrangement and alignment of additional burners or mixed air nozzles (30, 32, 33) in the afterburning chamber (6) the two opposite vortices (24, 26) emerging from the rotary tube (1) are reinforced will. Drehrohrofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß maximal acht Primärluftdüsen (20, 22) die Stirnwand (4) des Drehrohres (1) unter einem Winkel (α) durchsetzen.Rotary tube furnace according to claim 1 or 2, characterized in that a maximum of eight primary air nozzles (20, 22) penetrate the end wall (4) of the rotary tube (1) at an angle (α). Drehrohrofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftdüsen (20, 22) einzeln zu- bzw. abschaltbar sind.Rotary tube furnace according to claim 3, characterized in that the primary air nozzles (20, 22) can be switched on and off individually. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftdüsen (20, 22) auf einem Kreisbogen oder einem ähnlichen geometrischen Ort in der oberen Hälfte der Stirnfläche (4) des Drehrohres (1) angeordnet sind.Rotary tube furnace according to one of claims 1 or 3, characterized in that the primary air nozzles (20, 22) are arranged on an arc or a similar geometric location in the upper half of the end face (4) of the rotary tube (1). Drehrohrofen nach einen der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) der Primärluftdüsen (20, 22) bezüglich der Stirnwand des Drehrohrofens zur Anpassung an die Bedürfnisse des Feuers im Bereich zwischen 45° - 80° variabel ist.Rotary tube furnace according to one of claims 1, 3, 4 or 5, characterized in that the angle (α) of the primary air nozzles (20, 22) with respect to the end wall of the rotary tube furnace for adaptation to the needs of the fire is variable in the range between 45 ° - 80 ° is. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftdüsen (20, 22) in der Stirnwand (4) des Drehrohres (1) um ihre Längsachse drehbar sind, um das Drehmoment des Primärluftstrahles bezüglich der Drehrohrachse (A) variieren können.Rotary tube furnace according to one of claims 1 to 6, characterized in that the primary air nozzles (20, 22) in the end wall (4) of the rotary tube (1) can be rotated about their longitudinal axis so that the torque of the primary air jet can vary with respect to the rotary tube axis (A) . Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftdüsen (20, 22) so angeordnet und gerichtet sind, daß die Primärluft gegenläufig tangential zu einem Kreisbogen oder dgl. um die Achse (A) des Drehrohres (8) eingeblasen wird.Rotary tube furnace according to one of claims 1 to 7, characterized in that the primary air nozzles (20, 22) are arranged and directed in such a way that the primary air is blown in tangentially to a circular arc or the like about the axis (A) of the rotary tube (8) . Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß je ein verstellbares Leitrad mit variablen Drall in jede Primärluftdüse (20, 22) eingebaut ist, um die Einmischung rezirkulierter Verbrennungsgase anzupassen.Rotary tube furnace according to one of claims 1 to 8, characterized in that an adjustable stator with variable swirl is installed in each primary air nozzle (20, 22) in order to adapt the mixing in of recirculated combustion gases. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Primärluft zusätzlich über eine Einlaufschurre (2) zugeführt wird, welche zum Einbringen von Brennstoffen dient, um einen Mischbetrieb zu ermöglichen.Rotary tube furnace according to one of claims 1 to 9, characterized in that primary air is additionally supplied via an inlet chute (2) which serves to introduce fuels in order to enable mixed operation. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß ein Stirnwandbrenner so angeordnet und gerichtet wird, daß er die Wirbelbildung gezielt mitbeeinflußt, um einen Mischbetrieb zu ermöglichen.Rotary tube furnace according to one of claims 1 to 10, characterized in that an end wall burner is arranged and directed in such a way that it influences the vortex formation in a targeted manner in order to enable mixed operation. Drehrohrofen min Nachbrennkammer nach Anspruch 2, 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Brenner und/oder eine Mischluftdüse (33) in der dem Drehrohraustritt (9) gegenüberliegenden Wand (7) der Nachbrennkammer (6) angeordnet ist.Rotary tube furnace min afterburner chamber according to claim 2, 10 or 11, characterized in that at least one burner and / or a mixed air nozzle (33) is arranged in the wall (7) of the afterburning chamber (6) opposite the rotary tube outlet (9). Drehrohrofen mit Nachbrennkammer nach einem der Ansprüche 2, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Brenner bzw. Mischluftdüsen (30, 32) am Umfang der Nachbrennkammer (6) angeordnet sind, um paarweise das symmetrische Doppelwirbelsystem mit den gegenläufigen Wirbeln (24, 26) in der Nachbrennkammer (6) zu verstärken.Rotary tube furnace with afterburner chamber according to one of claims 2, 10, 11 or 12, characterized in that at least two burners or mixed air nozzles (30, 32) are arranged on the circumference of the afterburner chamber (6) are in pairs to reinforce the symmetrical double vortex system with the opposite vortices (24, 26) in the afterburning chamber (6). Drehrohrofen mit Nachbrennkammer nach einem der Ansprüche 2, 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner bzw. Mischluftdüsen (30, 32, 33) einzeln zu- bzw. abschaltbar sind.Rotary tube furnace with afterburner chamber according to one of Claims 2, 10, 11, 12 or 13, characterized in that the burners or mixed air nozzles (30, 32, 33) can be switched on and off individually. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner und/oder Mischluftdüsen (30, 32, 33) in einer horizontalen Ebene (E1) angeordnet sind.Rotary tube furnace according to one of claims 13 or 14, characterized in that the burners and / or mixed air nozzles (30, 32, 33) are arranged in a horizontal plane (E1). Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sätze Brenner und/oder Mischluftdüsen in über die Höhe der Nachbrennkammer (6) verteilten parallelen Ebenen (E1, E2) angeordnet sind.Rotary tube furnace according to one of claims 13, 14 or 15, characterized in that several sets of burners and / or mixed air nozzles are arranged in parallel planes (E1, E2) distributed over the height of the afterburning chamber (6).
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