DE19627758A1

DE19627758A1 - Hochtemperaturanlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen und Pyrolysereststoffen

Info

Publication number: DE19627758A1
Application number: DE1996127758
Authority: DE
Inventors: Erwin Schmahl; Frohmut Vollhardt; Hans-Nicol Dr Werner; Thomas Dr Wocadlo
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1995-10-28
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-15

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, wobei nach dem Hauptanspruch der Patentanmeldung 195 40 347.9 die Nachbrennkammer im unteren Bereich erweitert ist und einen segmentförmigen Strahlungsraum bildet, wobei oberhalb des segmentförmigen Strahlungs raumes im ringförmigen Abhitzekessel zwischen äußerer und innerer Kesselrohrwand ein Strahlungszug mit vertikal angeordneten Überhitzersträngen vorgesehen ist und wobei der ringförmige Abhitzekessel in segmentförmige Konvektionszüge mit vertikal angeordneten Verdampferheizflächen unterteilt ist.

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 bekannt, die mit einer Schweltrommel mit Austragsvor richtung, einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer, einem Abhitzekessel und einem Luftvorwärmer ausgerüstet ist. Die Brennkammer ist in die Nachbrennkammer eingelassen. Beide Kammern besitzen einen gemeinsamen Schlackenabfluß.

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.

In der noch nicht veröffentlichten DE-Patentanmeldung 195 35 638.1 wird eine Anlage zum Verschwelen und anschließenden Verbrennen von Abfallstoffen und toxischen Reststoffen beschrieben, bei der ein Abhitzekessel eine Kombination aus Brenn- und Nachbrennkammer ringförmig umgibt.

In der ebenfalls noch nicht veröffentlichten DE-Patentanmeldung 195 40 347.9 wird eine Anlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen, Pyrolysereststoffen und anderen Reststoffen mit einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer und einem um beide Brennkammern ringförmig angeordneten Abhitzekessel beschrieben, die die Merkmale des Oberbegriffs der vorliegenden Patentanmeldung enthält.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Platzbedarf einer Anlage nach der DE 195 40 347.9 zu verringern und somit die Herstellungskosten zu minimieren. Außerdem soll eine verbesserte Zugänglichkeit zur Brennkammer erreicht werden.

Die Lösung dieser Aufgaben findet sich in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage sollen nicht nur toxische Pyrolysegase und Pyrolysereststoffe, sondern auch kohlenstoffhaltige Stoffe in gasförmiger, fester oder flüssiger Form verbrannt werden, wobei derartige Stoffe sowohl einzeln oder zweckmäßigerweise auch in Kombination bzw. mit Zusatz eines Brenngases, beispielsweise Erdgas, verbrannt werden. Die Verbrennung ist dabei nicht auf Stoffe bestimmter Zusammensetzung beschränkt.

Gegenüber den o.g. Anlagen des Standes der Technik mit einem kreisförmigen Abhitzekessel, der die Brennkammern vollständig umschließt, weist das hier beanspruchte Konzept folgende Vorteile auf:

- die Kühlflächen des Innenzylinders der Brennkammern lassen sich, je nach dem Grad der Umschließung durch den Abhitzekessel, im nicht umbauten Bereich beidseitig nutzen,
- die Brennkammern sind über den nicht vom Abhitze kessel umbauten Teil gut zugänglich und Sekundär- sowie Tertiärluft lassen sich problemlos zuführen,
- bei Anordnung von zwei parallelen Anlagen verringert sich der Platzbedarf und es reicht u. a. eine gemeinsame Brennerbühne für beide Anlagen aus,
- eine effektivere Heizflächenreinigung durch Klopfen wird ermöglicht und dadurch, daß der umbaute Raum in der Regel weniger als 260° betragen wird,
- entsprechend dem geringeren Winkel verringert sich der Anteil der Heizflächen des Außen- und Innenzylinders, die wegen der Umbauung durch den Abhitzekessel nicht durch Klopfen abgereinigt werden können, während sich der Spalt zwischen Innen- und Außenmantel und damit der Anteil der radialen Heizflächen, die durch Klopfen abzureinigen sind, entsprechend vergrößert.

Die Anlage zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Stoffen mit dem erfindungsgemäßen Abhitzekessel zur Abhitzenutzung wird bei der Hausmüll- und insbesondere bei der Sondermüllverbrennung bei Verbrennungstempera turen von über 1200°C, in der Spitze bis 1400°C, eingesetzt.

Der Abhitzekessel mit segmentförmigem Kreisquerschnitt, vorzugsweise mit einem Winkel von 200-260°, wird um die ebenfalls kreisrunde Brennkammer-Nachbrennkammer angeordnet. Diese konstruktive Gestaltung ist raumsparend 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.

Um sicherzustellen, daß Rauchgase, die die Nachbrenn kammer 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 Abhitze kessel mit einem segmentförmigen Strahlungszug und mit mehreren segmentförmigen Konvektionskesselzügen ausge rüstet, durch die die heißen Rauchgase mäanderförmig geführt werden.

Der Strahlungszug mit den Überhitzersträngen umfaßt einen Segmentausschnitt von 70-90° des segment förmigen Abhitzekessels.

Die nachfolgenden Konvektionszüge mit den Verdampfer heizflächen, die als gerade Schottwände ausgebildet sind, bilden jeweils Segmente von 25-45° des segmentförmigen Abhitzekessels, wobei der dem Strah lungssegment nachgeschaltete erste Konvektionszug aufgrund der hohen Temperatur der zu kühlenden Rauch gase naturgemäß das größte Volumen bzw. Segment beansprucht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des ringförmigen Abhitzekessels,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich des Abhitzekessels,

Fig. 3 einen Querschnitt der Hochtemperatur-Verbrennungsanlage oberhalb des Strahlungsraumes.

Fig. 1 zeigt den Aufbau der Hochtemperatur-Verbrennungsanlage mit der zentrisch angeordneten Brennkammer (1), mit Brennerkopf (2) und Abdeckung (3), mit darunter angeordneter Nachbrennkammer (8) und dem segmentförmig angeordneten Abhitzekessel (14).

Die Brennkammer (1) wird durch kreisförmige Kessel rohrwände (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 Kesselrohrwände (10) eine stetige Wärmeabfuhr erfolgt.

Die Nachbrennkammer (8) ist von Beginn der Verweil strecke der Rauchgase bis zum Übergang in den Abhitze kessel (14) am Ende des Strahlungsraumes (13) mit einer feuerfesten Auskleidung (7) versehen, die auf die Kesselrohrwände (10) als auch auf die äußere Kessel rohrwand (9) aufgebracht ist.

Die Rauchgase werden im Bereich der unteren Sammler (6) nach oben umgelenkt und gelangen am Ende des Strah lungsraumes (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 aus Brenn- (1) und Nachbrennkammer (8) über einen Schlackenabfluß (17) in einen Naßentschlacker oder in eine andere Kühleinrichtung.

Dem in die Kesselrohrwände (10) eingelassenen Brenner kopf (1, 3) werden vorgewärmte Verbrennungsluft (19) zusammen mit gasförmigen Stoffen (20), festen Rest stoffen (21) und flüssigen Stoffen (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) geleitet.

Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt einen Teilbereich des ringförmigen Abhitzekessels (14) durch einen der vier Konvektionszüge (11) mit am unteren Teil unterhalb der Sammler (6) angeordneten Ascheaustrag (16).

Die Kesselrohrwände (10) der Brennkammer (1) und der Nachbrennkammer werden über die Sammler (4.6) mit Kesselspeisewasser beaufschlagt, der innere Teil der Nachbrennkammer (8) ist mit einer feuerfesten Aus kleidung (7) versehen.

Der Brennkammer (1) wird über eine ringförmige Zuführung (33) Sekundärluft und der Nachbrennkammer (8) wird ebenfalls über eine ringförmige Zuführung (34) Tertiärluft zur Verbrennung zugeführt. Unverbrannte, flüssige oder teigige Feststoffanteile werden über einen Schlackenabfluß (17) unterhalb der Nachbrenn kammer (8) abgezogen.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der Hochtemperaturanlage durch die Nachbrennkammer (8) und den segmentförmigen Abhitzekessel (14) oberhalb des Strahlungsraumes.

Der ringförmige 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 70-90°, im Ausführungsbeispiel 75° des ringförmigen Abhitzekessels (14), die Konvektionszüge (11) umfassen jeweils Segmente von 25-45°, im Ausführungsbeispiel 27-38°.

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.

Am letzten, 27° breiten Konvektionszug (11) befindet sich die Rauchgassammelleitung (25), durch die die auf ca. 300° abgekühlten Rauchgase abgeführt und einer nicht dargestellten Rauchgasreinigungsanlage zugeführt werden.

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 Gasleitung
21 Reststoff-Zuführung
22 Flüssigstoff-Leitung
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
33 Sekundärluft-Zuführung
34 Tertiärluft-Zuführung.

Claims

1. Anlage zum Verbrennen von toxischen Pyrolysegasen, Pyrolysereststoffen und anderen Reststoffen mit einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer und einem um beide Brennkammern ringförmig angeordneten Abhitzekessel,
wobei nach dem Hauptanspruch der Patentanmeldung 195 40 347.9 die Nachbrennkammer (8) im unteren Bereich erweitert ist und einen segmentförmigen Strahlungsraum (13) bildet,
wobei oberhalb des segmentförmigen Strahlungsraumes (13) im ringförmigen Abhitzekessel (14) zwischen äußerer (9) und innerer Kesselrohrwand (10) ein Strahlungszug (12) mit vertikal angeordneten Überhitzersträngen (28) vorgesehen ist, und
wobei der ringförmige Abhitzekessel (14) in segmentförmige Konvektionszüge (11) mit vertikal angeordneten Verdampferheizflächen (5) unterteilt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Abhitzekessel (14) die Brennkammer (1) und die Nachbrennkammer (8) nur in einem Teilbereich umschließt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht vom ringförmigen Abhitzekessel (14) umbauten Bereich Anschlüsse für Sekundär- und Tertiärluftzuführungen (33, 34) angeordnet sind.