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WO1996030701A1 - Verbrennungsanlage - Google Patents

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Publication number
WO1996030701A1
WO1996030701A1 PCT/CH1996/000093 CH9600093W WO9630701A1 WO 1996030701 A1 WO1996030701 A1 WO 1996030701A1 CH 9600093 W CH9600093 W CH 9600093W WO 9630701 A1 WO9630701 A1 WO 9630701A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grate
combustion
area
combustion chamber
chamber
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.)
Ceased
Application number
PCT/CH1996/000093
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Theodor Koch
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=4197730&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO1996030701(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP96905650A priority Critical patent/EP0815394B2/de
Priority to DK96905650T priority patent/DK0815394T3/da
Priority to JP8528742A priority patent/JPH11502603A/ja
Priority to DE59603073T priority patent/DE59603073D1/de
Publication of WO1996030701A1 publication Critical patent/WO1996030701A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to GR990402917T priority patent/GR3031827T3/el
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/085—High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/10—Combustion in two or more stages
    • F23G2202/104—Combustion in two or more stages with ash melting stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2203/00—Furnace arrangements
    • F23G2203/101—Furnace arrangements with stepped or inclined grate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00—Waste heat recuperation
    • F23G2206/10—Waste heat recuperation reintroducing the heat in the same process, e.g. for predrying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/30—Solid combustion residues, e.g. bottom or flyash

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a device.
  • Combustion or Firing systems can actually be divided into two categories.
  • the first category are the so-called grate firing systems. These are suitable for solid fuels, such as household waste, industrial waste, coal, etc. These fuels are burned on a grate.
  • a first phase the fuel is dried and degassed. This is already partially done in the feed zone of the plant. This process is triggered by the radiation from the combustion chamber and by the addition of preheated air. The fuel is also ignited on its surface due to the flame radiation from the combustion chamber.
  • the main combustion takes place, whereby the dried fuel ignites completely (not only on the surface).
  • more air is now supplied than in the first phase.
  • the conversion of solid carbon to gaseous products takes place, which through the firebox in the afterburning chamber. get the flue gas exhaust.
  • the temperature in this section of the furnace is high.
  • the supply of the air quantity is controlled or. customized.
  • the additionally supplied air also serves to cool the grate and, especially in the case of high-calorific fuel, an excess of air is generally used for precisely these reasons.
  • the final phase is then the remaining combustion. Not yet Completely burned out fuel, ie the combustion residue, for example pressed paper, coarse materials and remaining solid carbon, is burned or burned here. to burn out. Since there should be as little heat loss as possible so that the residual combustion can be carried out as completely as possible, only a correspondingly small amount of air should be added here (because of the risk of the combustion re-starch cooling down).
  • the phases shown here are usually carried out separately in the incineration plant, conventionally for example on a movable grate, which slowly transports the fuel forward in the combustion chamber.
  • the transitions of the phases are fluid or not recognizable at all, especially with high fuel calorific values.
  • the second category of incinerators includes the melting processes, such as rotary kilns or melting chambers.
  • the rotary kiln systems in particular are particularly suitable for the combustion of chemical waste in solid, pasty or liquid form. It is precisely these last two types of waste that cannot be used in grate firing systems because they cannot be stored or transported on the conventional grate.
  • the melting process the residues remaining from the combustion process are melted. This takes place through heat exchange between the residues and the hot flue gases from the combustion process in the rotary tube or the melting chamber.
  • the slag that remains afterwards is fed to a water-cooled detoxifier and solidifies there to form a glazed granulate, which is easy to deposit due to its water-insolubility.
  • residues from combustion plants of the first category can also be melted, although a very high energy input is necessary, since these residues are introduced in cold form and have to be heated up first.
  • Such systems in particular rotary tube systems, are poorly suited for the combustion of large amounts of fuel, such as domestic and / or commercial waste, due to their low throughput.
  • the additionally supplied combustion air is also difficult to press through such waste, with the result that the combustion temperatures required for melting cannot always or not reliably be achieved.
  • the object of the present invention was to provide an incineration plant which can also burn solid and / or pasty fuels with a high throughput and can melt the combustion residue.
  • Such a device according to the invention is particularly suitable for the incineration of household and commercial waste.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section of a conventional grate furnace with counterflow.
  • FIG. 2 shows the schematic longitudinal section of a conventional grate combustion system with medium-flow combustion
  • FIG. 3 shows the schematic longitudinal section of a conventional grate combustion system with direct current combustion
  • FIG. 4 shows the schematic longitudinal section of a furnace according to the invention
  • Fig. 5 shows the schematic longitudinal section of a furnace according to the invention with a rotary tube.
  • FIGS. 1 to 3 The three known types of grate combustion plants are shown schematically in FIGS. 1 to 3. Basically, all of these systems have a feed device 1 with which the fuel 2 is introduced into the furnace.
  • the systems generally have a firing grate 3 and a burnout grate 4.
  • the fuel 2 is transported by devices on the grate 3 and 4 itself in the direction of the slag opening 5.
  • known movable grids such as roller grids, push-back grids, counter-thrust grates or counter-sliding grids are used for this purpose.
  • the afterburner 6 is arranged in the counter-rom furnace, as shown in Figure 1, right at the beginning of the combustion chamber 7. This means that the flue gases are only partially guided over the fuel 2 against the direction of movement.
  • the direct current firing according to FIG. 3 does not bring any significant improvement in this regard either.
  • the afterburning chamber 6 is indeed shifted a little further in the direction of material flow, with essentially only the combustion chamber 7 'being slightly closed above the actual combustion zone by means of an edge 8 projecting into the combustion chamber.
  • the burnout grate 4 is not or only slightly affected by the hot flue gases of the combustion zone.
  • the arrangement of the combustion chamber 7 according to the invention leads to the desired result.
  • the combustion chamber 7 By forming the combustion chamber 7 behind the burnout grate 4 and preferably also narrowing it in this area, the hot flue gases are passed over the combustion residues 2 '.
  • the narrowing causes an additional heating of these combustion residues, among other things also by additional heat radiation from the combustion chamber walls, with which the temperature required for the melting of these residues 2 1 can only be reached.
  • the combustion chamber is preferably provided with swirling edges 9 in the flue gas flow direction, which swirl the flue gases. This swirl also leads to better, i.e. homogeneous high flue gas temperature, which is reached in the afterburning chamber 6.
  • high-calorific fuel for example coal dust
  • This can preferably be done via feed openings take place, which are arranged in a stage 10 between the firing grate 3 and the burnout grate 4.
  • This further increases the heat input.
  • the residual fuel (combustible material, carbon) still contained in the combustion residues 2 ′ can thus be gasified and oxidized with little or no additional air supply, which can be supplied from below through the burnout grate 4. Such an additional air supply would remove heat again from the combustion residues 2 ', which is why this is actually undesirable.
  • this burnout grate 4 is preferably inclined, preferably approximately 20 ° from the horizontal, and preferably also has a concave cross section. So that the slag flows in the middle of the burnout grate 4 against the slag fall opening 5.
  • the melting process can be dispensed with, it is preferably provided according to the invention to cool the grids 3, 4 through cooling channels in the grates themselves.
  • the cooling can be done by gaseous or liquid coolants.
  • the choice of the coolant and also its temperature can on the one hand prevent the destruction or excessive wear of the grate 3, 4 and on the other hand also influence the combustion process in the main combustion area become. It is now also possible to achieve an approximately constant stoichiometric combustion in this area, which also develops the hottest flue gases. This cannot be guaranteed with conventional grate furnaces, since the additional air also serves to cool the grates 3, 4. Especially with high-calorific fuels, this means that there must be combustion with excess air in order to cool the grate 3, 4 sufficiently.
  • the burnout grate 4 actually becomes a melting grate.
  • the advantage of the molten slag lies in the practically complete burnout of the material, the destruction of toxic substances such as dioxin and furans, the immobilization of pollutants such as heavy metal and the reduction in the specific volume of the combustion residues themselves compared to a burnout.
  • blowing nozzles 11 are further provided according to the invention for blowing in flue gas.
  • These nozzles have plates 12 in front of their nozzle openings, preferably made of ceramic material. A swirling of the injected smoke gases is achieved by these plates 12, which leads to good gas burnout and self-cleaning of the nozzles 11. Without such swirling, the nozzles would clog in a short time due to the soot particles contained in the flue gas.
  • secondary air is added via the nozzles 11 'in order to ensure the gas burnout and the required oxygen content.
  • the invention provides for a rotary tube 13 to be connected to the burnout grate 4 to arrange, as can be seen from Figure 5.
  • Liquid fuels can now be introduced directly into this rotary tube 13 through correspondingly arranged feed openings 14 and burned there.
  • the great advantage here is that the hot flue gases are guided out of the combustion chamber 7 via the burnout or combustion chamber.
  • the length of the rotary tube 13 can thus also be much shorter in comparison to conventional rotary tube systems.
  • pasty or solid fuels with a very low calorific value can be applied to the melting grate 4 in front of the rotary tube 13.
  • Such a device according to the invention can be used universally for the combustion of all fuels, it being possible for the first area with the rust combustion to achieve a very high throughput, in particular also for solid fuels.
  • the walls 7 'of the combustion chamber 7 can be constructed from cooled masonry, as can also be seen in FIG. 4.
  • air channels are present in the masonry. Cooling air can now be guided through these channels and, if appropriate, subsequently fed to the combustion chamber 7 as combustion air. This is particularly advantageous when a fuel 2 with a low calorific value has to be burned, in which heat loss through the combustion chamber walls 7 'is to be prevented, so that the melting of the slag is promoted.
  • the temperature of the walls 7 1 is preferably kept within a predetermined value by a correspondingly regulated or controlled supply of the cooling air. According to the invention, this temperature value is said to be just below the melting temperature of the the walls for depositing fly ash resp. Slag parts are kept.
  • temperatures in the combustion chamber 7 higher than this slag melting temperature are achieved with a device according to the invention. Appropriate cooling of the combustion chamber walls causes the fly ash to melt, respectively. Prevents slag. The molten slag would severely affect the masonry. Through the adjustability of this temperature, the thickness of the slag layer can moreover be adjusted, preferably only a very thin slag layer is aimed for.

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Abstract

Die Vorrichtung zur Verbrennung von festem oder pastösen Material (2) mittels einem Feuerungsrost (3, 4) weist eine über dem Rostbereich (3, 4) geschlossene Brennkammer (7) auf. Die Nachbrennkammer (6) ist erst nach dem gesamten Rostbereich (3, 4) angeordnet. Damit werden die heissen Rauchgase aus dem ersten Rostbereich (3), in welchem die eigentliche Verbrennung des Brenngutes (2) stattfindet, über den hinteren Bereich des Rostes (4) geführt. Damit wird es möglich, dass in diesem hinteren Bereich (4) die Verbrennungsrückstände (2') geschmolzen werden. Dadurch können auch bei der Verbrennung von Haus- oder Gewerbemüll die übrigbleibenden Verbrennungsrückstände minimiert werden, wobei diese überdies praktisch frei sind von noch brennbarem Material und auch Schwermetalle wasserunlöslich gebunden sind.

Description

Verbrennungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
Bekannte derartige Vorrichtungen, d.h. Verbrennungs- resp. Feuerungsanlagen lassen sich eigentlich in zwei Kategorien unterscheiden.
Die erste Kategorie stellen die sogenannten Rost- Feuerungsanlagen dar. Solche eignen sich für feste Brennstoffe, wie beispielsweise Hausmüll, Industriemüll, Kohle etc. Diese Brennstoffe werden auf einem Rost verbrannt. In einer ersten Phase wird der Brennstoff getrocknet und entgast. Dies erfolgt teilweise bereits in der Beschickungszone der Anlage. Dieser Vorgang wird durch die Strahlung des Feuerraumes und durch Zugabe von vorgewärmter Luft ausgelöst. Ebenfalls erfolgt hier auch die Zündung des Brennstoffes an seiner Oberfläche infolge der Flammstrahlung des Feuerraumes. In einer zweiten Phase findet nun die Hauptverbrennung statt, wobei der getrocknete Brennstoff vollständig zündet (nicht nur an der Oberfläche) . In dieser Phase wird nun mehr Luft als in der ersten Phase zugeführt. Dabei findet hier die Umsetzung von festem Kohlenstoff zu gasförmigen Produkten statt, welche durch den Feuerraum in die Nachbrennkammer resp. den Rauchgasabzug gelangen. In diesem Ofenabschnitt herrschen hohe Temperaturen. Je nach Heizwert des Brennstoffes wird in dieser Phase die Zufuhr der Luftmenge gesteuert resp. angepasst. Dieser Anpassung sind jedoch Grenzen gesetzt, da die zusätzlich zugeführte Luft auch zur Kühlung des Rostes dient und gerade bei hochkalorischem Brennstoff in der Regel mit Luftüberschuss aus eben diesen genannten Gründen gearbeitet werden uss. Als letzte Phase findet anschliessend die RestVerbrennung statt. Der noch nicht vollständig ausgebrannte Brennstoff, d.h. der Verbrennungsrückstand, beispielsweise gepresstes Papier, grobe Stoffe und restlicher fester Kohlenstoff, gelangt hier zur Verbrennung resp. zum Ausbrand. Da hier ein möglichst geringer Wärmeverlust auftreten soll, damit die Restverbrennung möglichst vollständig durchgeführt werden kann, sollte hier auch nur eine entsprechend kleine Luftmenge zugeführt werden (wegen Abkühlungsgefahr des Verbrennungsrückstarides) .
Die hier dargestellten Phasen werden in der Regel in der Verbrennungsanlage auch örtlich getrennt vorgenommen, herkömmlicherweise beispielsweise auf einem beweglichen Rost, welcher den Brennstoff langsam in der Brennkammer vorwärts transportiert. Je nach Art des Brennstoffes sind die Übergänge der Phasen fliessend oder gar nicht erkennbar, insbesondere bei hohen Brennstoff-Heizwerten.
Der Nachteil dieser ersten Kategorie von Verbrennungsanlagen liegt insbesondere darin, dass die in fester Form anfallenden Verbrennungsrückstände sich aufgrund ihrer Wasserlöslichkeit nicht auf einfache Weise deponieren lassen. Ebenfalls weisen diese Rückstände noch einen verhältnismässig hohen Anteil an unverbranntem Material auf, und die darin enthaltenen Schwermetalle sind nicht immobilisiert. Dies liegt daran, dass in der Ausbrandzone kein Schmelzen des Restbrennstoffes und der Rückstände erfolgt.
In die zweite Kategorie von Verbrennungsanlagen gehören die Schmelzverfahren, wie Drehrohr- oder Schmelzkammern. Insbesondere die Drehrohranlagen sind besonders für die Verbrennung von chemischen Abfällen in fester, pastöser oder flüssiger Form geeignet. Gerade diese beiden letzten Abfallformen können nicht in Rost-Feuerungsanlagen verwendet werden, da sie nicht auf dem herkömmlichen Rost gelagert oder transportiert werden können. Beim Schmelzverfahren werden die aus dem Verbrennungsprozess übrigbleibenden Rückstände geschmolzen. Dies erfolgt durch Wärmeaustausch zwischen den Rückständen und den heissen Rauchgasen aus dem Verbrennungsprozess im Drehrohr oder der Schmelzkammer. Die danach verbleibende Schlacke wird einem in der Regel wassergekühlten Entschlacker zugeführt und erstarrt dort zu einem verglasten Granulat, welches sich aufgrund seiner Wasserunlöslichkeit leicht deponieren lässt. In solchen Anlagen können beispielsweise auch Rückstände von Verbrennungsanlagen der ersten Kategorie geschmolzen werden, wobei allerdings eine sehr hohe Energiezufuhr notwendig ist, da diese Rückstände in kaltem Zusand eingebracht werden und zuerst aufgeheizt werden müssen.
Derartige Anlagen, insbesondere Drehrohranlagen, eignen sich aufgrund ihrer geringen Durchsatzleistung schlecht für die Verbrennung von grossen Brennstoffmengen, wie beispielsweise von Haus- und/oder Gewerbemüll. Ebenfalls lässt sich die zusätzlich zugeführte Verbrennungsluft schlecht durch solchen Müll pressen, was zur Folge hat, dass die zum Schmelzen erforderlichen Verbrennungstemperaturen nicht immer oder nicht zuverlässig erreicht werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, eine Verbrennungsanlage bereitzustellen, welche bei einer grossen Durchsatzleistung auch feste und/oder pastöse Brennstoffe verbrennen kann und den Verbrennungsrückstand schmelzen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Kennzeichen nach Anspruch 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Brennkammer resp. der Nachbrennkammer können nun auf einer Rostverbrennungsanlage auf dem letzten Rostbereich, bei herkömmlichen Anlagen dem Ausbrandbereich, genügend hohe Temperaturen erreicht werden, um die Verbrennungsrückstande hier zu schmelzen. Damit wird erreicht, dass der übrigbleibende Rückstand als flüssige und/oder pastöse Schlacke anfällt, welche beispielsweise in einem Wasserbad abgekühlt werden kann, wie dies bei Drehrohr-Schmelzöfen bekannt ist. Eine solche abgekühlte Schlacke enthält nun Restschwermetallrückstände in wasserunlöslicher, verglaster Form und weist nur noch einen sehr geringen Anteil an brennbarem Restmaterial auf. Derartige Schlacken können nun problemlos deponiert werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 16 dargelegt.
Erfindungsgemäss wird für den Betrieb der Vorrichtung ein Verfahren nach den Ansprüchen 17 bis 21 vorgeschlagen.
Insbesondere eignet sich eine solche erfindungsgemässe Vorrichtung für die Verbrennung von Haushalt- und Gewerbeabfällen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den schematischen Längsschnitt einer herkömmlichen Rostfeuerungsanlagen mit Gegenstromfeuerung;
Fig. 2 den schematischen Längsschnitt einer herkömmlichen Rostfeuerungsanlage mit Mittelstromfeuerung;
Fig. 3 den schematischen Längsschnitt einer herkömmlichen Rostfeuerungsanlage mit Gleichstromfeuerung;
Fig. 4 den schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Feuerungsanlage; Fig. 5 den schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Feuerungsanlage mit Drehrohr.
In den Figuren 1 bis 3 sind die drei bekannten Typen von Rostfeuerungsanlagen schematisch dargestellt. Grundsätzlich weisen alle diese Anlagen eine Aufgabevorrichtung 1 auf, mit welcher das Brennmaterial 2 in die Feuerungsanlage eingebracht wird. Die Anlagen weisen in der Regel einen Feuerungsrost 3 und einen Ausbrandrost 4 auf. Das Brennmaterial 2 wird dabei durch Vorrichtungen am Rost 3 und 4 selbst in Richtung der Schlackenfallöffnung 5 transportiert. Beispielsweise werden hierfür bekannte bewegliche Roste wie Walzenroste, Rückschubroste, Gegenschubroste oder Gegenüberschubroste eingesetzt. Die Nachbrennkammer 6 ist bei der Gegens romfeuerung, wie in Figur 1 dargestellt, gleich am Anfang des Brennraumes 7 angeordnet. Dies führt dazu, dass die Rauchgase entgegen der Bewegungsrichtung des Brennmaterials 2 nur teilweise über dieses geführt werden. Allerdings gelangen die heissesten Rauchgase aus dem eigentlichen Haupverbrennungsbereich (durch Pfeile über dem Brennmaterial 2 angedeutet) praktisch direkt in die Nachbrennkammer 6. Dabei wird dem Verbrennungsrückstand 2' auf dem Ausbrandrost 4 Wärme entzogen. Damit wird kein Schmelzen des Verbrennungsrückstandes 2' auf dem Nachbrennrost 4 ermöglicht, und die in die Schlackenfallöffnung 5 gelangenden Rückstände 2' weisen noch einen relativ hohen Anteil an brennbarem Material auf und sind überdies noch flüssigkeitslöslich. Derartige Abfälle können nicht einfach deponiert werden, sondern sind als Sonderabfälle gesondert zu handhaben; sie können demnach gegebenenfalls nochmals separat, beispielsweise in separaten Drehöfen, verbrannt werden.
Dieselbe Problematik tritt auch bei der Mittelstromfeuerung auf, welche schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Dabei ist die Nachbrennkammer 6 in der Mitte der Roste 3,4 angeordnet. Auch hier können die Rückstände 21 auf dem Ausbrandrost 4 nicht geschmolzen werden.
Auch die Gleichstromfeuerung nach Figur 3 bringt diesbezüglich keine wesentliche Verbesserung. Hier ist zwar die Nachbrennkammer 6 noch ein wenig weiter in Materialflussrichtung verschoben angeordnet, wobei hier im wesentlichen nur der Brennraum 7' über der eigentlichen Verbrennungszone mittels einer in den Brennraum hineinragenden Kante 8 leicht abgeschlossen wird. Der Ausbrandrost 4 wird hingegen auch hier nicht oder nur geringfügig von den heissen Rauchgasen der Verbrennungszone tangiert.
Hier führt nun die erfindungsgemässe Anordnung der Brennkammer 7, wie beispielsweise in Figur 4 im Längsschnitt dargestellt, zum gewünschten Resultat. Indem der Brennraum 7 bis hinter den Ausbrandrost 4 ausgebildet wird, und in diesem Bereich vorzugsweise auch noch verengt wird, werden die heissen Rauchgase über die Verbrennungsrückstände 2' geführt. Die Verengung bewirkt noch eine zusätzliche Erwärmung dieser Verbrennungsrückstände, unter anderem auch durch zusätzliche Wärmeabstrahlung der Brennraumwände, womit die für das Schmelzen dieser Rückstände 21 erforderliche Temperatur erst erreicht werden kann.
Bevorzugterweise ist der Brennraum in RauchgasStromrichtung hin mit Verwirbelungskanten 9 versehen, welche zu einer Verwirbelung der Rauchgase führen. Diese verwirbelung führt ebenfalls zu einer besseren, d.h. homogenen hohen Rauchgastemperatur, welche in der Nachbrennkammer 6 erreicht wird.
Vorzugsweise ist erfindungsgemäss vorgesehen, zwischen dem Feuerungsrost 3 und dem Ausbrandrost 4 zusätzlich hochkalorischen Brennstoff, beispielsweise Kohlenstaub, zuzugeben. Dies kann vorzugsweise über Zuführöffnungen erfolgen, welche in einer Stufe 10 zwischen dem Feuerungsrost 3 und dem Ausbrandrost 4 angeordnet sind. Damit wird die Wärmezufuhr weiter erhöht. Damit kann der in den Verbrennungsrückständen 2' noch enthaltene Restbrennstoff (Brennbares Material, Kohlenstoff) bei nur geringer oder gar ausbleibender zusätzlicher Luftzufuhr, welche von unten durch den Ausbrandrost 4 zugeführt werden kann, vergast und oxydiert werden. Eine solche zusätzliche Luftzufuhr würde den Verbrennungsrückständen 2' wieder Wärme entziehen, weshalb dies eigentlich unerwünscht ist. Die in Form von flüssiger Schlacke anfallenden Verbrennungsrückstände gelangen anschliessend über die Schlackenfallöffnung 5 in einen beispielsweise wassergefüllten Entschlacker und erstarren zu einem glasartigen Granulat. Dieses Granulat ist nun wasserunlöslich, weist praktisch keinen Restbrennstoff mehr auf und kann daher problemos deponiert werden.
Damit nun die flüssige Schlacke auf dem Ausbrandrost 4 zur Schlackenfallöffnung 5 gelangen kann, ohne dabei nach unten in den Zuluftbereich zu fallen, ist dieser Ausbrandrost 4 vorzugsweise geneigt, vorzugsweise ca. 20° aus der Horizontalen, und vorzugsweise auch im Querschnitt konkav ausgebildet. Damit fliesst die Schlacke in der Mitte des Ausbrandrostes 4 gegen die Schlackenfallöffnung 5 hin.
Damit die Roste 3,4 durch die grosse Wärme nicht zu schnell verschleissen oder zerstört werden, und dabei trotzdem auf zusätzliche Luftzufuhr für die Verbrennung resp. den Schmelzvorgang verzichtet werden kann, ist vorzugsweise erfindungsgemäss vorgesehen, die Roste 3,4 durch Kühlkanäle in den Rosten selbst zu kühlen. Die Kühlung kann dabei durch gasförmige oder flüssige Kühlmittel erfolgen. Durch die Wahl des Kühlmittels und auch dessen Temperatur kann einerseits die Zerstörung oder grosser Verschleiss des Rostes 3,4 verhindert werden und andererseits auch Einfluss auf den Verbrennungsprozess im Hauptverbrennungsbereich genommen werden. Damit ist nun auch möglich, eine angenähert konstante stöchiometrische Verbrennung in diesem Bereich zu erreichen, welche auch die heissesten Rauchgase entwickelt. Bei herkömmlichen Rostfeuerungen kann dies nicht gewährleistet werden, da die Zusatzluft auch noch zur Kühlung der Roste 3,4 dient. Dies führt gerade bei hochkalorischen Brennstoffen dazu, dass dort die Verbrennung mit Luftüberschuss erfolgen muss, um den Rost 3,4 genügend zu kühlen.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Brennkammer wird der Ausbrandrost 4 eigentlich zum Schmelzrost. Der Vorteil der geschmolzenen Schlacke liegt, wie bereits vorgängig dargelegt, im praktisch vollständigen Ausbrand des Materials, der Zerstörung von giftigen Stoffen wie Dioxin und Furanen, der Immobilisierung von Schadstoffen wie Schwermetall sowie der Reduktion des spezifischen Volumens der Verbrennungsrückstände selbst im Vergleich zu einem Ausbrand.
Um nun in der Nachbrennkammer 6 den in diesem Bereich geforderten restlichen Gasausbrand in jedem Fall zu erreichen, sind weiter erfindungsgemäss Einblasdüsen 11 für das Einblasen von Rauchgas vorgesehen. Diese Düsen weisen vor ihren Düsenöffnungen Platten 12, vorzugsweise aus keramischem Werkstoff auf. Durch diese Platten 12 wird eine Verwirbelung der eingeblasenen Rauchgase erzielt, was zu einem guten Gasausbrand und Selbstreinigung der Düsen 11 führt. Ohne eine solche Verwirbelung würden die Düsen in kurzer Zeit durch die im Rauchgas enthaltenen Russpartikel verstopfen. Im weiteren Verlauf wird wie üblich, um den Gasausbrand und den geforderten Sauersoffgehalt sicherzustellen, Sekundärluft über die Düsen 11' zugegeben.
Damit nun mit dieser Vorrichtung auch noch flüssige Stoffe verbrannt werden können, ist es erfindungsgemäss vorgesehen, im Anschluss an den Ausbrandrost 4 noch ein Drehrohr 13 anzuordnen, wie aus Figur 5 ersichtlich ist. Damit können nun durch entsprechend angeordnete Speiseöffnungen 14 flüssige Brennstoffe direkt in dieses Drehrohr 13 eingebracht und dort verbrannt werden. Der grosse Vorteil dabei ist darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemässe Führung der heissen Rauchgase aus dem Brennraum 7 über den Ausbrand- resp. Schmelzrost 4 in das Drehrohr 13 in diesem gleich zu Beginn sehr hohe Temperaturen erreicht werden können. Damit kann auch die Länge des Drehrohres 13 im Vergleich zu herkömmlichen Drehrohranlagen viel kürzer ausfallen. Insbesondere können auch pastöse oder feste Brennstoffe mit einem sehr kleinen Heizwert kurt vor dem Drehrohr 13 auf den Schmelzrost 4 aufgebracht werden. Diese werden dann dort sehr schnell getrocknet und entgast und gelangen anschliessend bereits sehr heiss in das Drehrohr 13 zum Schmelzen. Eine derartige erfindungsgemässe Vorrichtung kann universell für die Verbrennung aller Brennstoffe eingesetzt werden, wobei durch den ersten Bereich mit der Rostverbrennung ein sehr hoher Durchsatz insbesondere auch für feste Brennstoffe erzielt werden kann.
Schiiesslieh können die Wände 7' des Brennraumes 7 aus gekühltem Mauerwerk aufgebaut sein, wie ebenfalls auf Figur 4 ersichtlich ist. Dabei sind im Mauerwerk beispielsweise Luftkanäle vorhanden. Durch diese Kanäle kann nun Kühlluft geführt werden und gegebenenfalls anschliessend dem Brennaum 7 als Verbrennungsluft zugeführt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Brennmaterial 2 mit niedrigem Heizwert verbrannt werden muss, bei welchem ein Wärmeverlust durch die Brennraumwände 7' verhindert werden soll, damit das Schmelzen der Schlacke begünstigt wird.
Die Temperatur der Wände 71, d.h. des Mauerwerks, wird vorzugsweise durch eine entsprechend geregelte oder gesteuerte Zuführung der Kühlluft innerhalb eines vorbestimmten wertes gehalten. Dieser Temperaturwert soll erfindungsgemäss knapp unter der Schmelztemperatur der an den wänden zur Ablagerung gelangenden Flugaschen- resp. Schlackenteile gehalten werden. Gerade bei Brennmaterial 2 mit hohem Heizwert werden mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung höhere Temperaturen im Brennraum 7 als diese Schlackenschmelztemperatur erzielt. Durch eine entsprechende Abkühlung der Brennraumwände wird ein Schmelzen der Flugasche resp. Schlacke verhindert. Die geschmolzene Schlacke würde das Mauerwerk sehr stark in Mitleidenschaft ziehen. Durch die Einstellbarkeit dieser Temperatur kann überdies die Dicke der Schlackenschicht eingestellt werden, vorzugsweise wird eine nur sehr dünne Schlackenschicht angestrebt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für die Verbrennung von festem und/oder pastösem Material (2) , welche eine Materialzuführung (1) , einen Feuerungs- und Ausbrandrost (3,4), Mittel für die Zufuhr von Verbrennungsluft auf den Rostbereich, eine über wenigstens einem Bereich des Rostes angeordnete Brennkammer
(7) sowie eine damit verbundene Nachbrennkammer (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (7) geschlossen über dem gesamten Rostbereich (3,4) angeordnet ist und frühestens am von der Materialzuführung (1) entfernten Ende des Rostbereiches (3,4) in die Nachbrennkammer (6) mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost (3,4) Transportmittel für die Förderung des Brennmaterials (2) aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (7) vor der Einmündung in die Nachbrennkammer (6) mindestens eine Verwirbelungskante (9), welche gegen den Rostbereich (3,4) gerichtet ist, aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsrost (3,4) wenigstens in zwei Bereiche aufgeteilt ist, einen ersten Verbrennungsbereich (3) und einen nachfolgenden Schmelzbereich (4) .
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (7) über dem Schmelzbereich (4) einen kleineren Querschnitt, vorzugsweise eine geringere Höhe, aufweist als über dem Verbrennungsbereich (3) .
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost im Verbrennungsbereich (3) wenigsten 5° aus der Horizontalen gegen die Nachbrennkammer
(6) hin geneigt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost (4) im Schmelzbereich wengstens 5°, vorzugsweise 25°, aus der Horizontalen gegen die Nachbrennkammer (6) hin geneigt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost zwischen dem Verbrennungsbereich (3) und dem Schmelzbereich (4) eine Stufe (10) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost im Schmelzbereich (4) stärker aus der Horizontalen geneigt ist als der Rost im Verbrennungsbereich (3) .
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost im Schmelzbereich (4) im Querschnitt konkav ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Rostes (3,4) Kühlkanäle für die Aufnahme von Kühlmittel aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur primären Materialzuführung (1) wenigstens eine weitere Materialzuführung vorgesehen ist, welche innerhalb des Rostbereiches (3,4) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zusätzlichen Materialzuführung zwischen dem Verbrennungs- (3) und dem Schmelzbereich (4) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nachbrennkammer (6) Einblasdüsen (11) für die Zuführung von Sekundärluft und/oder rezykliertem Rauchgas angeordnet sind, welche vor ihren
Austrittsöffnungen Platten (12) , vorzugsweise aus keramischem Werkstoff, aufweisen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Feuerungs- (3) und Ausbrandrost (4) ein Drehrohr (13) vorgesehen ist, und dass die Nachbrennkammer (6) erst nach diesem Drehrohr (13) angeordnet ist, wobei die Austrittsöffnung der Brennkammer (7) derart angeordnet ist, dass die darin erzeugten Rauchgase vollständig durch das Drehrohr (13) geführt werden, bevor sie in die Brennkammer (7) gelangen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (14) zum Einbringen von flüssigem Brennstoff durch die Brennkammer (7) in das Drehrohr (13) vorgesehen sind.
17. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass
- Brennmaterial (2) mittels einer Zuführungseinrichtung (1) auf den Anfang des Rostes (3) gebracht wird,
- dass das Brennmaterial (2) mittels beweglicher Teile des Rostes (3,4) von der Zuführungseinrichtung (1) weg durch den Brennraum (7) transportiert wird. - wobei durch Zuführung von Zusatzluft wenigstens im ersten Rostbereich (3) eine annähernd stöchiometrische Verbrennung erzielt wird,
- dass die Verbrennungsluft in der Brennkammer (7) über den gesamten Rostbereich (3,4) zur Nachbrennkammer (6) geführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im hinteren Rostbereich (4) hochkalorischer Brennstoff, vorzugsweise staubförmig, flüssig oder granulatförmig auf die Verbrennungsrückstände zugeführt werden, um den Schmelzvorgang in diesem Bereich (4) zu unterstützen.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass Flugasche auf die im hinteren Rostbereich (4) befindlichen Verbrennungsrückstände (2*) zugegeben werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwände (7') auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt werden und die Kühlluft nach Durchströmen der Brennraumwände (71) als verbrennungsluft in den Brennraum (7) geführt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwände (7') durch gesteuerte oder geregelte Zuführung von Kühlluft auf einer Temperatur gehalten werden, welche nur geringfügig kleiner, vorzugsweise höchstens 50°, ist als die Schmelztemperatur des an den Brennraumwänden zur Ablage gelangenden Flugasche- oder Schlackenmaterials.
22. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 für die Verbrennung von Haushalt- und Gewerbeabfällen und Schmelzen der Verbrennungsrückstände.
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