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Die Erfindung bezieht sich auf ein. Verfahren zur Verbrennung der
in aus wäßrigen Suspensionen und/ oder Lösungen bestehenden Dünnschlämmen enthaltenen
Feststoffe, bei dem die Dünnschlämme in feinverteilter Form von oben her in einen
Verbrennungsraum eingeführt und in diesem mit Hilfe eines hochwertigen Brennstoffes
verbrannt werden (deutsche Patentschrift 554 260, österreichische Patentschrift
185924).
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Verbrennungsraum
und einer an dessen oberem Ende angeordneten Einrichtung für die Verteilung des
Dünnschlammes zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bekanntlich fallen in Industrie- und Gewerbebetrieben häufig Abfälle
in Form von wäßrigen Suspensionen und/oder Lösungen an, welche kurz als Dünnschlämme
bezeichnet werden.
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Es handelt sich hierbei um verunreinigtes oder sogar verseuchtes Wasser,
welches nicht in die Kanalisation oder in Gewässer abgeleitet werden soll. Eine
Abwasserklärung führt hier meist auch nicht zum Ziel, weil hierdurch Gerüche und
chemische, meistens gesundheitsschädliche Beimengungen nicht beseitigt werden können.
Daher wird bekanntlich die Vernichtung solcher Dünnschlämme durch Verbrennung der
in ihnen enthaltenen Feststoffe vorgenommen, wobei das Wasser verdampft wird, die
organischen Verunreinigungen zerstört bzw. zersetzt werden und die mineralischen
Verunreinigungen als sterile Schlacke bedenkenlos auf Halde abgelagert werden können.
Diese »Verbrennung« von Dünnschlämmen wird bekanntlich durch ihre Eindüsung und
Zerstäubung unter Druck in einem mittels eines Hilfsbrennstoffs hocherhitzten »Verbrennungsraum«
vorgenommen. In inniger Berührung mit den heißen Feuergasen des Hilfsbrennstoffs
und unter dem gleichzeitigen Einfluß der Wärmestrahlung im Verbrennungsraum vollziehen
sich dann bei einer Temperatur von etwa 800 bis 900° C die vorerwähnten physikalisch-chemischen
Vorgänge.
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Dieses bekannte Verfahren ist aber immer noch mit erheblichen Nachteilen
verbunden. Zunächst ist die Eindüsung und Versprühung der Dünnschlämme unter Druck
an sich schon ein recht aufwendiges Verfahren. Zudem ist bei unsachgemäßer Betriebsführung
oder bei der sehr oft auftretenden Korrosion und/oder Erosion der Einspritzdüsen
die Versprühung infolge der dadurch angefressenen Düsenköpfe mangelhaft, so daß
das eingesprühte Wasser als Strahl ; sehr leicht auf die Wände der Verbrennungskammer
auftreffen und dann dort recht gefährliche örtliche Abschreckung des Mauerwerks
hervorrufen kann. Ferner bedingt die sehr schwache Konzentration der zu »verbrennenden«
Flüssigkeit einen überaus hohen Feuchtigkeitsgehalt in den Verbrennungsgasen solcher
Verbrennungsanlagen. Da die Abgase mit Rücksicht auf ihre Entstaubung vor Eintritt
in die Entstaubungsanlage durch eine weitere Wassereindüsung auf eine für diese
Anlage noch erträgliche Temperatur abgekühlt werden müssen, tritt eine weitere Vergrößerung
des ohnehin schon sehr hohen Feuchtigkeitsgehaltes ein, so daß der letztere schließlich
weit mehr als 50 % betragen kann. Daher können, obwohl die Abgase Temperaturen von
300 bis 350° C auf- i weisen, sowohl lästige Niederschläge in der Umgebung des Kamins,
d. h. der gefürchtete sogenannte »Schornsteinregen«, als auch Kondensationen und
Korrosionen beim Kontakt mit kalten Metallbauteilen auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; ein Verfahren und eine seiner
Durchführung dienende Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen
die zuvor genannten Nachteile auf einfache Weise vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird beim Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst;
daß der hochwertige Brennstoff für sich allein in mindestens einer mit dem Verbrennungsraum
in Verbindung stehenden Brennmuffel mit reichlichem Luftüberschuß verbrannt wird,
daß die hierdurch erzeugten Rauchgase mit einer Temperatur von etwa I200° C und
hohem Gehalt an unverbrauchter Luft in den Verbrennungsraum geleitet und in diesem
auf einem langen Strömungsweg vertikal von unten nach oben im Gegenstrom zu dem
in Regenform in den Verbrennungsraum eingeführten und in diesem frei fallen gelassenen
Dünnschlamm geführt werden und daß während des freien Falles dieses Dünnschlammregens
durch die Berührung der einzelnen Schlammtropfen mit dem aufsteigenden heißen Gasstrom
zunächst das Wasser verdampft wird und daraufhin, unter überhitzung des so erzeugten
Wasserdampfes auf dem oberen Teil des Rauchgasweges, die durch die Verdampfung frei
gewordenen Feststoffteilchen des Dünnschlammes auf dem unteren Teil der Fallstrecke
in der Schwebe verbrannt werden, wozu als Verbrennungsluft ausschließlich der aus
dem Luftüberschuß der Verbrennung des hochwertigen Brennstoffes resultierende Anteil
an unverbrauchter Luft der aus der Brennmuffel bzw. den Brennmuffeln in den Verbrennungsraum
eingeführten Rauchgase verwendet wird.
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Eine bevorzugte Ausführung dieses Verfahrens besteht erfindungsgemäß
darin, daß das im Verbrennungsraum erzeugte Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch mit einer
Temperatur oberhalb der Geruchsgrenze (etwa 800° C) aus dem Verbrennungsraum abgeführt,
daraufhin nach einer durch Einführen von Wasser gegebenenfalls vorgenommenen Vorkühlung;
durch Wärmeentzug in einem Lufterhitzer auf eine Temperatur von höchstens etwa 350°
C abgekühlt, anschließend gereinigt und durch eine Saugzugeinrichtung weiterbefördert
wird und daß die Abgase vor ihrer Ableitung in die Atmosphäre mit der im Lufterhitzer
auf mindestens 300° C erhitzten Luft durch Injektorwirkung vermischt werden.
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Sämtliche Funktionen dieses Verfahrens können in an sich bekannter
Weise temperaturabhängig von Hand oder selbsttätig gesteuert werden.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verbrennungsverfahrens ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des schlank gestalteten, als vertikaler
Schacht ausgebildeten und an seinem oberen Ende im Bereich einer Austrittsöffnung
für das Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch mit einer Regenbrause für den Dünnschlamm versehenen
Verbrennungsraumes mindestens cineBrennmuffel angeschlossen sowie eine Austragsöffnung
für die anfallenden Verbrennungsrückstände angeordnet ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung kann nach der Erfindung
darin bestehen, daß im Abzug in Strömungsrichtung der Abgase hintereinander ein
Lufterhitzer, ein Gasreiniger und ein Saugzugventilator angeordnet sind und der
Lufterhitzer über eine Heißluftleitung mit dem Austritt des Abzuges in den Abgaskamin
verbunden ist.
Hierbei kann im Abzug vor dem Lufterhitzer eine Einrichtung
zum Eindüsen von Wasser vorgesehen sein, um der zur Entstaubung der Abgase erforderlichen
Abgaskühlung durch den Lufterhitzer schon eine Vorkühlung vorangehen zu lassen.
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Bei einem bereits bekannten Verfahren zur Beseitigung wäßriger Abfallstoffe
und Schlämme wird der Schlamm unter dem Druck einer Schlammpumpe an der oberen Spitze
des trichterartig ausgebildeten Daches einer Brennkammer mittels einer Sprühdüse
in Form eines entsprechend dem Trichterkegel nach unten divergierenden Sprühstrahlenbündels
in die Brennkammer eingesprüht. Ein Hilfsbrennstoff wird dabei durch eine etwa auf
halber Höhe der Brennkammer seitlich an ihr angeordnete Beschickungsöffnung quer
in die Brennkammer eingebracht und dort zusammen mit dem Schlamm verbrannt, während
die Verbrennungsluft für sich allein über einen am Fuß der Brennkammer angeordneten
Lufteintrittsspalt in diese eingeführt wird. Hierbei soll aber der Hilfsbrennstoff
nur zum Anheizen der Brennkammer, d. h. vor dem Einspritzen des Schlammes, verwendet
werden, da es sich nur um Schlämme handelt, die bei möglichst feiner Verteilung
durch Versprühen aus ihrem eigenen Wärmeinhalt mit nutzbarem Wärmeüberschuß verbrannt
werden können. Bei Schlämmen mit sehr niedrigem Heizwert soll zwar eine dauernde
zusätzliche Beheizung mittels des Hilfsbrennstoffes vorgenommen werden, jedoch findet
auch dann die Verbrennung des Hilfsbrennstoffes zusammen mit der des Schlammes in
der Brennkammer statt (deutsche Patentschrift 554 260).
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Es ist auch schon ein Verfahren zur Oxydation der in Lösungen, Laugen
oder Schlämmen enthaltenen organischen Bestandteile in einer Reaktionskammer vorgeschlagen
worden, bei dem die Lauge bzw. Lösung durch tangential zur Kammerwandung etwa auf
halber Höhe der Kammer angeordnete, schräg nach unten gerichtete Düsen, ein zusätzlicher
Brennstoff, z. B. Schweröl, durch oberhalb dieser Düsen ebenfalls tangential angeordnete
und schräg nach unten gerichtete Brennstoffdüsen und Vergasungs- oder Verbrennungsmittel,
d. h. Luft oder Sauerstoff, durch gleichfalls tangential zur Kammerwandung angeordnete
Düsen in die Reaktionskammer eingeführt werden. Im oberen Teil der Reaktionskammer
ist unterhalb einer Gasabzugsöffnung ein mit hoher Drehzahl rotierendes Flügelrad
vorgesehen, durch welches die bei der Verbrennung oder Vergasung der im Schlamm
enthaltenen organischen Bestandteile in der Reaktionskammer entstehenden Gase unterhalb
der Abzugsöffnung in Rotation versetzt werden sollen. Infolge des Rotierens aller
in die Reaktionskammer eingeführten Medien bildet sich im mittleren Teil dieser
Kammer eine aufwärts gehende Strömung aus, in deren Bereich die Verbrennung bzw.
Vergasung stattfindet, während die vom Flügelrad nach außen gegen die Kammerwandung
geschleuderten unverbrannten bzw. unvergasten Teilchen sowie ein Teil der Gase längs
der Kammerwand abwärts strömen (deutsches Patent 1209 967).
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach
der Erfindung, die auch das mit ihr-'
durchzuführende erfindungsgemäße Verbrennungsverfahren
veranschaulicht, in einem senkrechten Schnitt vereinfacht dar.
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In einer oder mehreren aus feuerfestem Material bestehenden und gegen
Wärmeverlust isolierten Brennmuffeln 1 wird mittels eines Brenners 2 ein hochwertiger
als Hilfsbrennstoff dienender Brennstoff, z. B. Heizöl, Gas oder Kohlenstaub verbrannt.
Diese Verbrennung wird mit reichlichem Luftüberschuß durchgeführt, so daß die dabei
entstehenden Feuergase mit einer Temperatur von höchstens etwa 1.200° C und einem
hohen Gehalt an unverbrauchter Luft durch eine Austrittsöffnung 3 aus der Brennmuffel
1 ausströmen. Diese Feuergase werden in einen schlank gestalteten, als senkrechter
Schacht ausgebildeten Verbrennungsraum 4 geleitet. Am oberen Ende des Verbrennungsraumes
4 wird der Dünnschlamm über eine Eintrittsöffnung 6 in den Verbrennungsraum 4 eingeführt
und in diesem mittels einer Regenbrause 5 in Form eines Dünnschlammregens frei fallen
gelassen. Im Gegenstrom zu diesem Schlammregen strömen die Feuergase der Brennmuffel
1 im Verbrennungsraum 4 auf einem langen Strömungsweg von unten nach oben. Während
des freien Falles des Dünnschlammregens wird durch die innige Berührung der einzelnen
Schlammtropfen mit dem aufsteigenden heißen Gasstrom zunächst das Wasser verdampft,
und daraufhin werden, unter Überhitzung des so erzeugten Wasserdampfes auf dem oberen
Teil des Rauchgasweges, die durch die Verdampfung frei gewordenen Feststoffteilchen
des Dünnschlammes auf dem unteren Teil der Fallstrecke in der Schwebe verbrannt,
wozu als Verbrennungsluft ausschließlich der aus dem Luftüberschuß der Verbrennung
des hochwertigen Brennstoffes in der Brennmuffel 1 herrührende Anteil an unverbrauchter
Luft der aus der bzw. den Brennmuffeln 1 in den Verbrennungsraum 4 eingeführten
Rauchgase verwendet wird. Die bei dieser Verbrennung des Dünnschlammes anfallenden
Rückstände, d. h. Schlacken, werden über eine untere Öffnung 17 aus dem Verbrennungsraum
4 entfernt.
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Da die Menge der zu verbrennenden Feststoffe weitaus geringer ist
als diejenige des zu verdampfenden Wassers, verlaufen die genannten Verbrennungsvorgänge
endotherm, so daß sich an einer Stelle 7 ein Temperaturabfall des im Verbrennungsraum
4 erzeugten und aus diesem abgeführten Rauchgas-Wasserdampf-Gemisches gegenüber
der Temperatur an der unteren Austrittsöffnung 3 für die aus der Brennmuffel 2 ausströmenden
heißen Verbrennungsgase einstellt. Um eine sichere Desodorierung der bei der Verbrennung
des Dünnschlammes entstehenden Rauchgase durch völlige Zerstörung der in diesen
enthaltenen Geruchsstoffe zu gewährleisten, muß erfahrungsgemäß an der Stelle 7
.eine Temperatur t7 des Rauchgas-Wasserdampf-Gemisches oberhalb der bei etwa 800°
C liegenden Geruchsgrenze, d. h. erfahrungsgemäß eine Temperatur von etwa 900° C
eingehalten werden. .Bei dieser Temperatur können aber die Abgase meist nicht in
einem Gasentstauber gereinigt werden, so daß eine entsprechende Abkühlung derselben
erforderlich ist, die bei der in der Zeichnung dargestellten Verbrennungsvorrichtung
in zwei Stufen erreicht wird, und zwar zunächst durch eine mittels Einführung von
Wasser an einer Stelle 8 vorgenommenen Vorkühlung auf eine Temperatur t9 von etwa
700° C an einer Stelle 9 und daraufhin durch Wärmeentzug in einem Lufterhitzer 10,
wodurch an. einer Stelle 11 eine Endtemperatur t11 von etwa 350° C erreicht wird.
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Auf die Vorkühlung mittels des an der Stelle 8 eingedüsten Wassers
könnte dann verzichtet werden,
wenn der Lufterhitzer 10,
zumindest an der Eintrittsstelle der Abgase, aus hochwertigem, hitzebeständigem
Material besteht bzw. ein keramischer Rekuperator vorgesehen ist.
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Die so auf eine Temperatur von etwa 350° C gekühlten Abgase werden
durch einen Saugzugventilator 13 abgesaugt, wobei sie vorher noch eine Entstaubungseinrichtung
12 durchströmen, so daß die gereinigten Abgase nach ihrem Austritt an einer Stelle
14 an sich ohne weiteres durch einen Kamin 15
in die freie Atmosphäre
abgeleitet werden könnten. Dies ist aber praktisch meist gar nicht zulässig, weil
bei der Verbrennung des Dünnschlammes durch die Verdampfung des hohen Wasseranteils
im Verbrennungsraum 4 wie auch durch die Eindüsung von zusätzlichem Wasser an der
Stelle 8 zur Abgaskühlung der Feuchtigkeitsgehalt der Abgase sehr hoch, d. h. bis
auf etwa 50 % ansteigt. Derart feuchte Abgase würden dauernd eine Dampffahne am
oberen Kaminende bilden, die bei niedrigen Außentemperaturen zu lästigen Niederschlägen
(»Schornsteinregen«) führen können. Deshalb wird den Abgasen, vorzugsweise am Fuß
des Kamins 15 und durch Injektorwirkung, die im zugleich als Gaskühler dienenden
Lufterhitzer 10 auf etwa 300° C erwärmte Luft beigemischt, wie dies in der Zeichnung
durch eine strichpunktierte Linie und ein mit 16 bezeichnetes, für die Förderung
dieser Luft erforderliches Druckgebläse angedeutet ist. Dadurch wird der Feuchtigkeitsgehalt
der Abgase auf etwa 20 bis 25 % herabgesetzt, so daß die vorerwähnten Bedenken nicht
mehr bestehen und die Abgase mit einer Temperatur von 250 bis 300° C in die Atmosphäre
abgeleitet werden können.
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Sämtliche Funktionen des beschriebenen Verfahrens können temperaturabhängig
von Hand oder selbsttätig gesteuert werden.