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DE19540347A1 - Hochtemperaturanlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen und Pyrolysereststoffen - Google Patents

Hochtemperaturanlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen und Pyrolysereststoffen

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DE19540347A1
DE19540347A1 DE1995140347 DE19540347A DE19540347A1 DE 19540347 A1 DE19540347 A1 DE 19540347A1 DE 1995140347 DE1995140347 DE 1995140347 DE 19540347 A DE19540347 A DE 19540347A DE 19540347 A1 DE19540347 A1 DE 19540347A1
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DE
Germany
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waste heat
heat boiler
radiation
chamber
convection
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DE1995140347
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English (en)
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Frohmut Dipl Ing Vollhardt
Hanss-Nicol Dr Ing Werner
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GEA Group AG
Original Assignee
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturanlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen, Pyrolyserest­ stoffen und anderen Abfallstoffen mit einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer und einem um beide Brennkammern ringförmig angeordneten Abhitzekessel.
Bei Brennkammern des sogenannten Pyro-Schmelz- Verfahrens bzw. des Schwel-Brenn-Verfahrens ist eine Nachbrennkammer erforderlich, die kohlenstoffhaltige Substanzen aus den festen Reststoffen der Verschwelung (Pyrolyse) endgültig verbrennt.
Da die Verbrennungstemperatur für die festen Reststoffe und Rauchgase in der Brennkammer über dem Schlacken­ schmelzpunkt dieser Reststoffe liegen muß, sind Verbrennungstemperaturen von über 1200°C, in der Spitze bis 1400°C, erforderlich.
Aus der bisher unveröffentlichten DE 195 30 732.1 ist eine Anlage zum Verschwelen und zum anschließenden Verbrennen von Abfallstoffen und toxischen Reststoffen mit einer Schweltrommel mit Austragsvorrichtung, einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer, einem Abhitzekessel und einem Luftvorwärmer, ist die Brennkammer in die Nachbrennkammer eingelassen. Beide Kammern besitzen einen gemeinsamen Schlackenabfluß. Im untersten Bereich der Nachbrennkammer sind zusätzlich Schmelzfluß- Sicherungsbrenner angeordnet.
Die erste Kesselrohrwand des nachgeschalteten Abhitze­ kessels ist parallel zur kreisförmigen Wand der Nach­ brennkammer angeordnet. Die weiteren Kesselrohrwände des Abhitzekessels sind als rechteckige Kesselrohrwände bzw. Schottenwände ausgebildet.
Aus der ebenfalls noch unveröffentlichten DE 195 35 638.1 ist eine Anlage zum Verschwelen und zum anschließenden Verbrennen von Abfallstoffen und toxischen Reststoffen mit einer Schweltrommel mit Austragsvorrichtung, einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer, einem Abhitzekessel und einem Luft­ vorwärmer oder dergleichen bekannt, bei der der Schweltrommel eine Kombination aus Brennkammer, Nachbrennkammer und Abhitzekessel nachgeschaltet ist. Die Brennkammer ist mit der Nachbrennkammer verbunden und ist oberhalb dieser angeordnet, wobei sich die Nachbrennkammer im untersten Bereich erweitert und eine ringförmige Verweilstrecke bildet. Der Abhitzekessel schließt sich nach oben an die Verweilstrecke an und umgibt Brenn- und Nachbrennkammer ringförmig. An die Nachbrennkammer schließt sich ein Schlacken­ abfluß mit Naßentschlacker an.
Die Brennkammer und die Nachbrennkammer werden durch ringförmig angeordnete Kesselrohrwände gebildet, wobei die Nachbrennkammer innenseitig bis zum Ende der Verweilstrecke mit Feuerfestmaterial ausgekleidet ist. Die äußere Wand des ringförmigen Abhitzekessels ist als Kesselrohrwand ausgebildet, innerhalb des Abhitze­ kessels sind zusätzliche Kühlelemente angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorteile eines Abhitzekessels mit integrierter Brennkammer (Innenwand wird von beiden Seiten beheizt, Ausführung als Kolonne und damit Wegfall von aufwendigem Stahlbau) mit den Vorteilen eines Schottenkessels (leichte Abreinigungs­ möglichkeit durch Klopfen, gute Inspizierbarkeit ohne komplizierte Demontagen, hervorragende Staubabschei­ dung durch Umlenkung der Rauchgase) zu kombinieren und die bekannte zum Patent angemeldete Anlage noch kompakter zu gestalten, um den Erstellungsaufwand unter Beibehaltung der Effektivität erheblich zu reduzieren.
Die Lösung der Aufgabe geht aus den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 hervor. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird die bekannte Ausführung einer Verbrennungsanlage mit Brenn- und Nachbrennkammer mit einem nachgeschalteten Abhitzekessel mit einem Schottenkessel mit geradlinig angeordneten, großzügig dimensioniertem Strahlungsraum, mit flüssigem Schlacke­ abzug und anschließenden Konvektionsheizflächen sowie mit trockenem Ascheaustrag in eine kreisrunde Form überführt, um die Vorteile eines Abhitzekessels mit integrierter Brennkammer zu nutzen.
Der Abhitzekessel mit Kreisquerschnitt wird um die ebenfalls kreisrunde Brennkammer-Nachbrennkammer angeordnet. Diese konstruktive Gestaltung ist raum­ sparend und hat den Vorteil, daß die Abstrahlungs­ verluste auch bei hohen Temperaturen auf ein Minimum beschränkt werden können. Außerdem gibt es bei einer derartigen Ausführung keine Dehnungsprobleme.
Ein Abhitzekessel ist in der Regel mit einem Kesselzug ausgebildet. Um jedoch sicherzustellen, daß Rauchgase, die die Nachbrennkammer mit besonders hoher Temperatur verlassen, im anschließenden Abhitzekessel soweit heruntergekühlt werden, daß am Austritt desselben eine Temperatur von ca. 300°C nicht überschritten wird, wird der Abhitzekessel mit einem segmentförmigen Strahlungszug und mit mehreren segmentförmigen Konvektionskesselzügen ausgerüstet, durch die die heißen Rauchgase mäanderförmig geführt werden.
Die Vorteile einer Hochtemperatur-Verbrennungsanlage mit Brenn- und Nachbrennkammer sowie Abhitzekessel mit integrierten Schottenwänden und Überhitzersträngen oberhalb des Strahlungsraumes lassen sich wie folgt zusammenfassen:
  • - Die erfindungsgemäße Anlage enthält alle Vorteile des bewährten Schottenkessels wie z. B. Zugänglichkeit der Heizflächen (Befahrbarkeit), Heizflächenabreini­ gung durch Klopfen, durch Parallelanströmung der Rohre, Verringerung von Abrasionen, verbunden mit einem geringeren Cl-Angriff im Vergleich zum querangeströmten Rohr,
  • - durch Nutzung sowohl der Innen- als auch der Außenwand der Brennkammer als Wärmeaustauschfläche werden Schottenwände eingespart,
  • - durch eine Anordnung der Anlage als senkrechter Zylinder (ähnlich wie bei einer Kolonne in der chemischen Industrie) wird eine erhebliche Menge an Stahlbau eingespart. Die Gewichtskräfte werden über eine Standzarge auf das Bodenfundament übertragen,
  • - durch eine einstufige 1 × 180°-Umlenkung der Rauchgase wird die Schlackeabscheidung im Boden gegenüber einer 2 × 90°-Umlenkung verbessert.
Bei Ausführung des Abhitzekessels mit Kreisquerschnitt werden sowohl die wassergekühlten Wandelemente der Brennkammer als auch die zusätzlich mit Feuerfest­ material zugestellten Wandelemente der Nachbrennkammer als kreisförmige Kesselrohrwand-Segmente ausgeführt.
Die oberhalb der Nachbrennkammer angeordnete Brenn­ kammer wird in bekannter Weise mit kreisförmigen Segmenten aus geschweißten Kesselrohren mit einem oberen Sammler ausgerüstet, wobei die durchgehenden Kesselrohre im Bereich der Nachbrennkammer bis zum unteren Sammler mit einer feuerfesten Masse ausge­ kleidet werden, damit eine Verweiltemperatur von 1100-1300°C über einen Zeitraum von bis zu 5 Sekunden aufrechterhalten werden kann, bevor die Gase aus dem segmentförmigen Strahlungsraum in den ringförmigen Abhitzekessel gelangen.
Erfindungsgemäß werden im Inneren des Abhitzekessels oberhalb des segmentförmigen Strahlungsraumes in radialer Richtung zusätzliche Kühlelemente angeordnet, die als sogenannte Überhitzerstränge bzw. Schotten für die Überhitzung von Sattdampf ausgebildet sind.
Der Strahlungszug mit den Überhitzersträngen umfaßt einen Segmentausschnitt von 110-130° des ringförmigen Abhitzekessels.
Die nachfolgenden Konvektionszüge mit den Verdampfer­ heizflächen, die als gerade Schottwände ausgebildet sind, bilden jeweils Segmente von 30-65° des ring­ förmigen Abhitzekessels, wo der dem Strahlungssegment nachgeschaltete erste Konvektionszug aufgrund der hohen Temperatur der zu kühlenden Rauchgase naturgemäß das größte Volumen bzw. Segment beansprucht.
Die Segmente der nachfolgenden Konvektionszüge werden entsprechend der Volumenabnahme der abgekühlten Rauchgase kleiner bis minimal 30° ausgeführt, wobei die Rauchgase den Abhitzekessel bzw. die Konvektionszüge nacheinander von oben nach unten bzw. umgekehrt mäanderförmig durchströmen.
Im unteren Teil des letzten Konvektionszuges befindet sich ein Gasaustrittsstutzen, durch den die auf ca. 300° abgekühlten Rauchgase zu einer Rauchgasreinigungs­ anlage und, falls erforderlich, zu einer Rauchgaswäsche geleitet werden.
Falls eine Luftvorwärmung der Verbrennungsluft erfor­ derlich ist, kann in bekannter Weise ein Luftvorwärmer an den Rauchgasaustrittsstutzen nachgeschaltet und die Rauchgastemperatur bis auf ca. 120°C gesenkt werden. Alternativ kann die Verbrennungsluft auch durch einen Wasserdampf-Wärmetauscher vorgewärmt werden.
Am Boden der Konvektionszüge werden Ascheausträge ange­ ordnet, wobei entweder unter jeden Konvektionszug oder jeweils unter zwei Konvektionszügen ein Ascheaustrag angeordnet werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt des ringförmig angeordneten Abhitzekessels,
Fig. 2 einen Querschnitt der Hochtemperaturanlage oberhalb des Strahlungsraumes.
Fig. 1 zeigt den Aufbau der Hochtemperaturanlage mit der zentrisch angeordneten Brennkammer (1), mit Brennerkopf (2) und Abdeckung (3), mit darunter angeordneter Nachbrennkammer (8) und dem ringförmig angeordneten Abhitzekessel (14).
Die Brennkammer (1) wird durch ringförmig angeordnete Kesselrohrwände (10) gebildet, die durch obere Sammler (4) verbunden sind. Im Bereich der Brennkammer (1) weisen die Kesselrohrwände (10) keine feuerfeste Auskleidung auf, da durch gezielte Kühlung der Kessel­ rohrwände (10) eine stetige Wärmeabfuhr erfolgt.
Die Nachbrennkammer (8) ist von Beginn der Verweil­ strecke der Rauchgase bis zum Übergang in den Abhitzekessel (14) am Ende des Strahlungsraumes (13) mit einer feuerfesten Auskleidung (7) versehen, die auf die Kesselrohrwände (10) als auch auf die äußere Kesselrohrwand (9) aufgebracht ist.
Die Rauchgase werden im Bereich der unteren Sammler (6) nach oben umgelenkt und gelangen am Ende des Strahlungsraumes (13) in den Abhitzekessel (14).
Oberhalb des Strahlungsraumes (13) sind Überhitzer­ stränge (28) zur Erzeugung von überhitztem Dampf vor­ gesehen. Sattdampf aus der Dampftrommel (15) wird über eine Sattdampfleitung (27) zugeführt, der überhitzte Dampf wird über die Dampfleitung (29) abgeführt.
Die Rauchgase gelangen nach dem segmentförmigen Strahlungszug (12) mit den Überhitzungssträngen (28) in die segmentförmigen Konvektionszüge (11), durch die diese mäanderförmig geleitet werden. Die gekühlten Rauchgase verlassen den Abhitzekessel (14) über eine Rauchgasleitung (25) mit Temperaturen von ca. 300°C. Während der Abkühlung anfallende Asche- und unver­ brannte Feststoffpartikel werden bei Bedarf über Asche­ abzüge (16) abgezogen, die flüssige Schlacke fließt über einen Schlackenabfluß (17) in einen Naßent­ schlacker oder in eine andere Kühleinrichtung.
Dem in die Kesselrohrwände (10) eingelassenen Brenner­ kopf (1, 3) werden vorgewärmte Verbrennungsluft (19) zusammen mit Pyrolysegas (20), festen Pyrolyserest­ stoffen (21) und bei Bedarf Erdgas (22) zur Verbrennung in der Brennkammer (1) zugeführt.
Den unteren Sammlern (6) wird über eine Kesselspeise­ wasser-Zuführleitung (23) aus der Dampftrommel (15) Kesselspeisewasser zugeführt und an die äußeren (9) und inneren Kesselrohrwände (10) verteilt.
Sattdampf wird von den oberen Sammlern (4) über eine Sattdampfleitung (24) der Dampftrommel (15) zugeführt. Für die Vorwärmung der Verbrennungsluft (19) wird die Frischluft (18) durch einen Luftvorwärmer (32) zuge­ führt.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Hochtemperaturanlage durch die Nachbrennkammer (8) und den Abhitzekessel (14) oberhalb des Strahlungsraumes.
Der Abhitzekessel (14) ist in einen segmentförmigen Strahlungszug (12) und in fünf segmentförmige Konvektionszüge (11) unterteilt, die vom Rauchgas mäanderförmig (30, 31) durchströmt werden, wobei im Strahlungszug (12) die Rauchgase nach oben (30) und im ersten Konvektionszug (11) nach unten (31) geführt werden.
Die Anzahl und Gestaltung der Konvektionszüge (11) wird so ausgelegt, daß die Rauchgase im letzten Konvektions­ zug (11) nach unten (31) geführt werden. Entsprechend der Auslegung von Brennkammer und maximaler Rauchgas­ menge umfaßt der Strahlungszug (12) ein Segment von 110-130°, im Ausführungsbeispiel 120°, des ringför­ migen Abhitzekessels (14), die Konvektionszüge (11) umfassen jeweils Segmente von 65-30°, im Ausführungs­ beispiel 55-40°, des Abhitzekessels (14).
Es ist durchaus möglich, daß der Strahlungszug (12) ein Segment von 110° des ringförmigen Abhitzekessels (14) umfaßt. In diesem Fall könnte entweder die Anzahl der Konvektionszüge (11) oder die Größe der Segmentab­ schnitte (11) variiert werden.
Die Ascheausträge (16) werden grundsätzlich im Boden der Konvektionszüge (11) angeordnet, wobei die Asche­ austräge (16) auch unterhalb der Verdampferheizflächen (5) am Boden von zwei Konvektionszügen (11) angeordnet sein können.
In dem Strahlungszug (12) sind vertikal angeordnete Überhitzerstränge (28) angeordnet, in denen ein Teil des aus den Verdampferheizflächen (5) kommenden Satt­ dampfes überhitzt wird.
Bezugszeichenliste
1 Brennkammer
2 Brennerkopf von 1
3 Abdeckung von 1
4 Oberer Sammler
5 Verdampferheizflächen
6 Unterer Sammler
7 Feuerfeste Auskleidung
8 Nachbrennkammer
9 Äußere Kesselrohrwand
10 Innere Kesselrohrwand
11 Konvektionszug
12 Strahlungszug
13 Strahlungsraum
14 Abhitzekessel
15 Dampftrommel
16 Ascheaustrag
17 Schlackenabfluß
18 Frischluft-Zuführleitung
19 Verbrennungsluft-Zuführleitung
20 Pyrolysegasleitung
21 Pyrolyse-Reststoffleitung
22 Erdgaszufuhr
23 Kesselspeisewasser-Zuführleitung
24 Satt-Dampfleitung
25 Rauchgasaustritt
26 Schmelzfluß-Sicherungsbrenner
27 Dampfleitung zum Überhitzerstrang
28 Überhitzerstrang
29 Austrittsleitung für überhitzten Dampf
30 Rauchgasströmung nach oben
31 Rauchgasströmung nach unten
32 Luftvorwärmer

Claims (12)

1. Anlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen, Pyrolysereststoffen und anderen Reststoffen mit einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer und einem um beide Brennkammern ringförmig angeordneten Abhitzekessel, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachbrennkammer (8) im unteren Bereich erweitert ist und einen segmentförmigen Strahlungsraum (13) bildet,
daß oberhalb des segmentförmigen Strahlungsraumes (13) im Abhitzekessel (14) zwischen äußerer (9) und innerer Kesselrohrwand (10) ein Strahlungszug (12) mit vertikal angeordneten Überhitzersträngen (28) vorgesehen ist,
und daß der ringförmige Abhitzekessel (14) weiterhin in segmentförmige Konvektionszüge (11) mit vertikal angeordneten Verdampferheizflächen (5) unterteilt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkopf (2) und die Abdeckung (3) unterhalb des oberen Sammlers (4) innerhalb der inneren Kesselrohrwand (10) von Brennkammer (1) und Abhitzekessel (14) positioniert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungszug (12) mit den Überhitzer­ strängen (28) ein Segment von 110-130° des ring­ förmigen Abhitzekessels (14) umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvektionszüge (11) mit den Verdampfer­ heizflächen (5) jeweils Segmente von 30-65° des ringförmigen Abhitzekessels (14) umfassen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase durch den Strahlungszug (13) und die Konvektionszüge (11) des Abhitzekessels (14) mäanderförmig geführt werden.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ascheausträge (16) am Boden der Konvektionszüge (11) des Abhitzekessels (14) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ascheausträge (16) unterhalb der Verdampferheizflächen (5) am Boden von zwei Konvektionszügen (11) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Überhitzungssträngen (28) von unten aus der Dampftrommel (15) über eine Dampfleitung (27) Sattdampf zugeführt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Überhitzungssträngen (28) am oberen Ende über eine Dampfleitung (29) überhitzter Dampf entnommen wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Strahlungsraumes (13) mindestens ein Schmelzfluß-Sicherungsbrenner (26) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kesselrohrwand (10) und die äußere Kesselrohrwand (9) des Strahlungsraumes (13) mit ff-Material (7) ausgekleidet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Teil (Boden) der Nachbrennkammer (8) und des Strahlungsraumes (13) ein gemeinsamer Schlackenabfluß (17) vorgesehen ist.
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