Einrichtung zur Verbrennung von organischem Abfallmaterial Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Verbren nung von organischem Abfallmaterial in einer ringförmi gen Brennkammer und eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens mit einem Gehäuse, einem innerhalb des Gehäuses und in Abstand von diesem befindlichen Mantel und einem zur Aufnahme von Gas geeigneten Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Man tel.
Die Einrichtung nach dem Hauptpatent ist dadurch gekennzeichnet, dass die Versprühung des organischen Materials durch eine Sprühvorrichtung gegen die innere Wand des Mantels erfolgt, welcher durch in den Zwischenraum tangential und unter Druck eingeführte heisse Brenngase beheizt ist, wobei der Mantel mit mindestens einer Öffnung zur Einführung der heissen Brenngase in den Innenraum des Mantels versehen ist, wo diese der Einleitung einer Verbrennung des organischen Materials dienen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung der Einrichtung nach dem Hauptpatent. Sie bezweckt eine wirksamere und einfache Regelung der Verbrennung zu schaffen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel eine Stirnwand aufweist und dass eine Auslasslei- tung sich koaxial zum Mantel durch diese Stirnwand hindurch in das Innere des durch den Innenraum des Mantels gebildeten Brennraums erstreckt, um eine Wirbelbildung des verbrannten Abfallmaterials zu erzeu gen, bevor dieses den Brennraum durch die Auslasslei- tung verlässt.
Zweckmässig ist die Auslassleitung gegenüber dem Mantel einstellbar ausgebildet, derart, dass die Tiefe des Wirbels und die Stellung, von welcher aus das verbrannte Abfallmaterial die Brennkammer verlässt, verändert werden kann.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Einrichtung zur Verbrennung von organischem Abfallmaterial mit teilweise entferntem Gehäuse, zum Zweck der Darstel- lung der Anordnung der Leitungen für den Eingang und den Ausgang der Brennkammer und des Gehäuses; Fig.2 eine seitliche Ansicht der Einrichtung im Schnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 4;
Fig. 3 einen Teilschnitt in grösserem Massstab einer Speisevorrichtung sowie eines Teiles der Einrichtung; Fig. 4 einen Schnitt der Einrichtung nach der Linie 4 4 in der Fig. 2; und Fig.5 ein Strömungsdiagramm mit der Darstellung der Zufuhr und der Entwässerung von organischem Abfallmaterial vor seiner Einführung in die Einrichtung sowie der Zufuhr von primärer Brennluft, sekundärer Brennluft und Brennstoff.
Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, kann das organische Material mechanisch in einer Zerkleinerungsvorrichtung 10, einer Pumpe 12 und einer Zentrifuge 14 zerkleinert und entwässert werden. Das entwässerte Material wird dann durch eine Moyno-Pumpe 16 und eine Düse der erfindungsgemässen Einrichtung 20 zugeführt, die im folgenden als thermischer Reaktor bezeichnet wird. Der thermische Reaktor 20 hat ein äusseres Gehäuse 24 und einen inneren konzentrischen Einsatz 26.
Die primäre Brennluft, die auf ungefähr 1300 C erhitzt ist, wird im thermischen Reaktor durch eine Eingangsleitung 28 in den Raum zwischen das Gehäuse und den Einsatz 26 eingeführt. Sekundäre Brennluft, die der Ergänzung von zusätzlichem Sauerstoffbedarf dient, wird in den Reaktor 20 durch eine Leitung 29 eingeführt, welche ebenfalls in den Raum zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz mündet. Die primäre und die sekundäre Luft, welche beide in das Gehäuse mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit eingeführt werden, bewegen sich um den Einsatz in einer ringförmig wirbelnden Bewegung, wobei sie den Einsatz auf ihre Temperatur erhitzen.
Die Brennluft führt so lange ihre wirbelnde Bewegung aus, bis sie auf eine Einlassöffnung 30 im Einsatz stösst und durch diese in eine Brennkammer 32 gelangt. Die hohe Geschwindigkeit der Brennluft und der im wesentlichen tangentiale Eintritt der Brenngase haben eine zyklonarti- ge wirbelnde Bewegung in der Brennkammer zur Folge, wodurch, wie dies später eingehend erläutert wird, das eingespeiste Material schraubenförmig entlang der Wän de des Einsatzes bewegt wird.
Eine Düse 22, die dem Versprühen des zugeführten Materials in der Brennkammer 32 gegen die Wände des Einsatzes dient, ist kontinuierlich drehbar und führt entlang ihrer Längsachse eine hin und her gehende Bewegung aus, um die Entstehung einer an der Wand des Einsatzes festgebrannten Schicht zu verhindern. Das zugeführte Material wird sofort nach seinem Eintritt in die Brennkammer von den Brenngasen in ihre schrauben förmige Bahn mitgerissen und beginnt Wärme aufzuneh men, während es sich schraubenförmig zum Ausgangsen de bewegt. Dabei wird durch die relative Stellung eines Ausgangsrohres 34 gegenüber der Brennkammer 32 die Verweildauer bestimmt und somit die Stufe der Wärme behandlung, welcher das zugeführte Material unterzogen wird.
Die durch die Behandlung im Reaktor erhaltenen Stoffe können darauf weiter z.B. in einem Trennorgan nach der Art eines Zyklons 36 behandelt werden, um aus den Gasen, die in die Atmosphäre abgeleitet werden, jegliche mitgerissene Feststoffe zu entfernen.
Das zugeführte Material, welches vorzugsweise min destens 20 o Feststoffe enthält, gelangt aus der Moyno- Pumpe 16 in einen Eingang 38 der Düse 22. Die Düse 22 (Fig. 3) hat einen äusseren Abschnitt 40, einen inneren Abschnitt 42 und ist mit einem konzentrisch angeordne ten drehbaren Rohr 44 für Druckluft versehen. Der äussere Abschnitt 40 enthält ein äusseres Rohr 46, welches mit dem Gehäuse 24 und dem Einsatz 26 starr mittels eines geschweissten Flansches 48 und Schrauben 50 verbunden ist. Der innere Abschnitt 42 der Düse ist im Einsatz 24 lösbar und drehbar befestigt, und zwar mittels einer Lagerung 52.
Im Einsatz 26 ist eine Tür 54 schwenkbar befestigt, welche sich gegen den inneren Abschnitt 42 der Düse abstützt. Die Tür 54 dient einem Verschluss der Brennkammer 52, wenn die Düse aus der Brennkammer herausgezogen wird, und verhindert somit Wärmeverluste der Brennkammer. Der innere Abschnitt 42 der Düse ist an einem Ende mit dem äusseren Abschnitt 40 verbunden, um das zugeführte Material aufzunehmen. Das andere Ende der Düse ist durch eine Endplatte 56 verschlossen, welche mit dem Rohr 44 für die Druckluft fest verbunden ist, derart, dass der innere Abschnitt 42 zusammen mit dem Rohr 44 gemeinsam als eine Einheit die Drehbewegung ausführt.
Das Rohr 44 ist an seinem Austrittsende mit einer Öffnung 58 versehen, welche kleiner ist als eine Öffnung 60 am inneren Abschnitt 42 der Düse und konzentrisch zu dieser Öffnung angeordnet ist. Die Öffnungen 58 und 60 dienen einem Versprühen des zugeführten Materials aus der Düse gegen die Wand der Brennkammer.
Am anderen Ende des Rohres 44 für die Druckluft ist ein Kolben 62 befestigt, welcher im Rohr 46 gleitend geführt ist. Da der Kolben 62 mit dem Rohr 44 und nicht mit dem äusseren Rohr 46 verbunden ist, so bewegen sich der Kolben 62, das Rohr 44 und die Endplatte 56 wie eine Einheit. Wenn somit in der Düse Stauungen des Druckes entstehen, mit welchem das im wesentlichen feste Material zugeführt wird, so wirken diese in gleicher Weise in beiden Richtungen, das heisst gleichzeitig auf die Endplatte 56 und auf den Kolben 62 anstatt nur auf die Endplatte allein.
Auf diese Weise werden die auf das Ende der Düse wirkenden Kräfte kontinuierlich und selbsttätig ausgeglichen, und die Möglichkeit einer Beschädigung der Endplatte durch einen Anstieg des Druckes wird verhindert.
Das andere Ende des Rohres 44 für die Zufuhr von Druckluft (Fig. 2) ist in einem Joch 66 befestigt, welches seinerseits mit einem hydraulischen Zylinder 63 und einer Riemenscheibe 70 verbunden ist. Über die Riemenscheibe 70 führt ein Riemen 72 zu einem Motor 74 mit veränderlicher Drehzahl. Durch diese Anordnung erhält das Rohr 44 eine Drehbewegung wie auch eine hin und her gehende Bewegung in axialer Richtung. Die hin und her gehende Bewegung wird durch einen hydraulischen Zylinder 63 erhalten, welcher auf eine beliebige bekannte Weise gesteuert werden kann, wie z.B. durch ein elektromagnetisch betätigtes Vierweg-Ventil 65.
Der innere Abschnitt der Düse und das Rohr 44 für die Druckluft, die miteinander durch die Endplatte 56 verbunden sind, werden als eine Einheit miteinander gedreht und entlang ihrer Längsachse hin und her bewegt, um jede Gefahr einer örtlichen Abkühlung der Wand des Mantels und damit den Aufbau einer Schicht zu verhindern.
Der Einsatz 26 ist aus warmfestem und wärmeleiten dem Material, wie z.B. rostfreiem Stahl hergestellt und ist innerhalb der feuerfesten Ausmauerung des Gehäuses 24 konzentrisch angeordnet. Die primäre Brennluft, welche dadurch vorgewärmt sein kann, dass sie durch Wärme- austausch-Schlangen 76 am Umfang des Zyklons 36 geführt wird, wird durch ein Gebläse 78 und die Eingangsleitung 29 in den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz eingeführt. Innerhalb der Eingangsleitung 28 befindet sich ein Brenner 80 (Fig. 4), welchem Brennstoff aus einer Leitung 82 zugeführt wird.
Der Brenner dient der Erhitzung der Brennluft auf die erforderliche Temperatur, die vorzugsweise 1300 C beträgt, bevor diese Brennluft in den Reaktor eingeführt wird.
Die sekundäre Brennluft, die der Zufuhr von zusätzlichem Sauerstoff für eine vollständige Verbren nung dient, kann ebenfalls durch die Pumpe 78 zugeführt und in den Wärmeaustausch-Schlangen 76 vorgewärmt werden, bevor sie in dem Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz durch die Eingangsöffnung 29 eingeführt wird. Die primäre und die sekundäre Brennluft umfliessen den Einsatz 26 und übergeben Wärme an den Einsatz, bis sie die Öffnung 30 erreichen und in die Brennkammer 32 gelangen.
Die hohe Geschwindigkeit und der verhältnismässig tangentiale Eintritt der Gase in die Brennkammer haben die Entstehung eines zyklonarti- gen Wirbels in der Brennkammer zur Folge, durch welchen das zugeführte Material unmittelbar nach dem Versprühen durch die Düse 22 mitgerissen wird.
Die dem Einsatz von den zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz wirbelnden Brenngasen übergebene Wärme energie wird durch die Wand des Einsatzes geleitet und dient der Behandlung der schwereren Teilchen des zugeführten Materials, die sich wegen ihres grösseren Gewichtes entlang der inneren Wand des Einsatzes bewegen. Dadurch wird die Wirkung der Brenngase innerhalb der Brennkammer verbessert, da sich nun die Wärme in zwei Richtungen gegeneinander bewegt und von beiden Seiten das mitgerissene Material umschliesst und behandelt.
Dadurch, dass der Einsatz gleichzeitig von innen und von aussen erhitzt wird, entsteht der weitere Vorteil, dass jegliche örtliche Abkühlung der Stellen, gegen welche das in die Brennkammer eingeführte Material versprüht wird, verhindert wird. Durch die intensive Hitze, welche dem-Einsatz übermittelt wird, wird unmittelbar der Feuchtigkeitsgehalt jedes Teilchens verdampft, welches am Einsatz haftet. Dadurch wird das Teilchen von der Wand des Einsatzes gelöst und von den strömenden Gasen mitgerissen.
Das mitgerissene zugeführte Material führt weiter seine zyklonartige Bewegung aus, wobei es sich konti nuierlich in Längsrichtung durch die Brennkammer bewegt, und zwar so lange bis es zum verschlossenen Ende der Brennkammer gelangt. An dieser Stelle setzen die mitgerissenen festen Teilchen ihre wirbelnde Bewe gung um die Achse der Brennkammer fort, sie erhalten jedoch nun die Form eines wirbelnden Bettes. In einem derartigen Bett entsteht eine intensive und starke gegenseitige Einwirkung der mitgerissenen Teilchen und der Gase. Die grösseren Teilchen, die sich dabei am äusseren Umfang des Einsatzes befinden, werden durch die intensive Bewegung zermahlen und bewegen sich nach innen zur Achse der Kammer.
Die Ausgangsleitung 34 ist vorzugsweise in der Brennkammer verstellbar angeordnet, und zwar gegen über der Düse 22. Die Ausgangsleitung 34 dient der Ableitung der Gase und der restlichen von diesen mitgerissenen festen Teilchen. Durch eine gegenseitige Einstellung der Ausgangsleitung 34 gegenüber der Brennkammer wird die Verweildauer der Teilchen des zugeführten Materials in der Brennkammer bestimmt und somit auch der Umfang der Wärmebehandlung, welcher die Teilchen unterzogen werden. Je weiter sich die Öffnung der Ausgangsleitung innerhalb der Brennkam- mer befindet, um so tiefer wird das Wirbelbett sein und um so länger wird daher die Verweildauer und um so feiner das erhaltene Produkt.
Die Ausgangsleitung dient auf diese Weise der Einstellung des Wirbels der zyklonartigen Strömung in der Brennkammer. Durch diese Einstellung der Ausgangsleitung kann der Verwen dungszweck des thermischen Reaktors von einer einfa chen Trocknung des Materials bis zu seiner vollständigen Verbrennung geändert werden.
In jedem thermischen Reaktor ist die Temperatur in der Brennkammer ein für die Wirkung ausschlaggebender Faktor. Die Temperatur muss daher dauernd auf der gewünschten Höhe gehalten werden. Bei den bekannten Reaktoren wurde die Temperatur entweder durch eine Einstellung der Zufuhr von zusätzlichem Brennstoff oder durch eine Einstellung der Zufuhr des organischen Abfallmaterials in die Brennkammer beeinflusst. Bei der vorliegenden Vorrichtung wird die Temperatur in der Brennkammer dadurch beeinflusst, dass der Heizwert des zugeführten Materials vergrössert oder vermindert wird.
Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, ist ein Pyrometer 84 mit seinem einen Ende in die Brennkammer eingeführt und mit seinem anderen Ende elektrisch mit einem Brenn stoffventil 86 verbunden, welches selbsttätig Brennstoff aus einer Brennstoffleitung 82 dem zu behandelnden Material in der Moyno-Pumpe 16 zuführt. Wenn daher z.B. die Temperatur in der Brennkammer unter den erforderlichen Wert sinkt, so kann die Menge des dem Material beigefügten Brennstoffes bei seiner Einführung in die Düse 22 erhöht werden.
Auf diese Weise wird nicht nur eine genaue und rasche Beeinflussung der Tempera tur in der Brennkammer erhalten, sondern es werden auch die Nachteile vermieden, die der Beeinflussung der Temperatur durch eine Einstellung der Menge der Zufuhr des Materials in die Brennkammer eigen sind. Verhältnismässig festes organisches Material ist schwierig zu pumpen, da es eine Tendenz zum Bilden von Brücken und Spalten hat. Durch Änderungen in der Fördermenge wird eine derartige Tendenz nur erhöht, welche dann an sich die Fördermenge beeinflussen und eine ungünstige Auswirkung auf die Temperatur in der Brennkammer haben kann. Ausserdem verlangt eine wirkungsvolle Verwendung des Entwässerungs- und Verbrennungssy stems eine Ausnützung ihrer Kapazität.
Durch eine Veränderung der Einspeisung wird somit der Wirkungs grad vermindert, wobei zusätzliche Schwierigkeiten durch eine Aufstauung des gesamten Entwässerungsvorganges entstehen. Ein weiterer Vorteil der Einführung von flüssigem Brennstoff in das zugeführte Material besteht in der schmierenden Wirkung des Brennstoffes. Das zuge führte Material kann dadurch einfacher gepumpt und versprüht werden.
Die Wärmedehnung des Einsatzes gegenüber dem Gehäuse ist mit Rücksicht auf die hohen Temperaturen, welchen der Einsatz während des Brennvorganges ausge setzt ist, ein schwieriges Problem. Bei der vorliegenden Vorrichtung wird die Wärmedehnung dadurch berück sichtigt, dass zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz eine Lagerung an zwei Stellen gebildet wird, welche eine freie Bewegung des Einsatzes in beiden Richtungen gestattet. Das Eingangsende und das Ausgangsende des Einsatzes haben je einen halsförmigen Vorsprung 90 und 92, welcher in einer entsprechenden Ausnehmung 94 bzw. 96 im Gehäuse gelagert ist.
Die Dehnung des rostfreien Stahles des Einsatzes gegenüber der Ausmauerung des Gehäuses ist im Bereich der Auflage verhältnismässig gering, so dass zwischen den halsförmigen Vorsprüngen 90, 92 und den Ausnehmungen 94, 96 nur ein geringes Spiel zu bestehen braucht. Zwischen den Vorsprüngen und den Ausnehmungen im Gehäuse ist je ein Satz von zusammendrückbaren ringförmigen Dichtungen 98, 100 angeordnet, durch welche ein Entweichen von Wärme durch den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz verhindert wird.
Ein derartiger vollständiger Verschluss der Brennkammer hat auch den zusätzlichen Vorteil, dass Wärmeverluste der Brennkammer ohne Rücksicht auf den Zustand des Verbrennungsvorganges verhindert werden, z.B. beim Aufwärmen oder Abkühlen sowie auch ohne Rücksicht auf die relative Stellung des Einsatzes gegenüber dem Gehäuse.