DE2724228C3 - Verfahren and Vorrichtung zum Verbrennen eines Zweitbrennstoffes mit einem Grundbrennstoff in Großfeuerangen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen eines Zweitbrennstoffes mit einem Grundbrennstoff in einer Feuerung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt (DE-Gm 7 146998), feuchte Abfälle oder Schlamm mittels eines Rotorzuteiltrockners aus einem Aufgabetrichter abzuziehen, vorzutrocknen und innerhalb eines aufwärts gerichteten Hcißgas-

)o stromes fallen zu lassen und so in zerteilter Form auf den Grundbrennstoff aufzugeben. Der Rotortrockner weistsägezahnartige Kammern am Umfangeines großen Rades auf, das sich langsam in den heißen Rauchgasen dreht, so daß die einzelnen dem Kammervolu-

is men entsprechenden Schlammportionen bis zum Zeitpunkt des Herausrutschens aus den Kammern weiigehendst vom Wasser befreit sind. Während des freien Falls aus verhältnismäßig großer Höhe verbrennen die feinsten A.nieüe bereits in der Schwebe, während die größeren Teile, in die der vorgetrocknete Kuchen nach dem Herausrutschen aus der sägeartigen Kammer zerbricht, außen noch stärker durchtrocknen, WJ daß bei größeren Schlammteilen eine ausgetrocknete Kruste um einen noch feuchten Kern ent- steht.

Aus dieser Betriebsweise ergeben sich grundsätzliche Nachteile, ein Nachteil besteht darin, daß durch die vollständige Trocknung kleiner Teile und die Verbrennung in der Schwebe eine starke Umweltbeein- flussung durch unnötig ausgetragenes Feingut eintritt, weil die durchgetrockneten feinen Teilchen und einige der in der Schwebe verbrannten Teilchen so leicht sind, daß sie mit dem aufsteigenden Heißgasstrom mitgerissen werden können.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil neben der starken Umweltbeeinflussung durch unnötig ausgetragenes Feingut besteht darin, daß die größeren Schlammteilc mit einer krustenartigen, verfestigten Schicht auf den Grundbrennstoff gelangen. Diese Schicht bricht

μ in der Regel nicht mehr auf und erschwert, unterstützt durch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit, das völlige Durchbrennen dieser Schlammteile und macht es in vielen Fällen sogar unmöglich. Die Folge davon ist, daß mit der Rostschlackc ein großer Anteil nicht voll ständig durchgebrannten, sondern nur außen verkok ten Schlamms wieder ausgetragen wird, was aus vielerlei Gründen, insbesondere hygienischen Gründen, unerwünscht ist.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (CH-PS 434539), das auf dem gleichen Grundprinzip beruht, wird Klärschlamm in fein zerteilter Form innerhalb eines aufwärts gerichteten Heißgasstromes fallen gelassen, wobei die Fallhöhe für die Sc hlainmteilchen derart bemessen ist, daß ein Teil der Schlammteilchen während der Fallzeit ganz trocknet und der restliche Teil vorgetrocknet wird. Hierbei treten die obenerwähnten Nachteile in gleicher Form auf. Um größere Einschlüsse von unverbranntem Schlamm zu vermei- iu den, muft die Zerkleinerung der Schlamm-Massen so weit vorangetrieben werden, daß die Schlammteilchen weitgehend vorgetrocknet auf den Grundbrennstoff fallen. Dabei muß insbesondere angestrebt werden, daß ein beträchtlicher Teil bereits in der Schwebe verbrennt. Diese feine Zeitteilung der Schlamm-Massen erfordert einen hohen Energieaufwand. Außerdem lassen sich feucht-klebrige Schlammassen, die eine große Neigung zur Wiedervereinigung aufweisen, nicht in beliebig kleine Teile zerteilen, so daß die erwähnten Nachteile, die mit der äußeren Verkokung zusammenhängen, nicht beseitigt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit dessen bzw. deren Hilfe Zweitbrennstoffe, insbesondere solche, die auf Grund ihrer Eigenschaften zum Zusammenbacken oder Zusammenfließen neigen, bei verhältnismäßig geringem Feingutanteil in den abziehenden Feuergasen und bei einem geringen Energieaufwand bei der Zerkleinerung des zu verbrennenden Zweitbrenn- μ stoffes vollständig verbrannt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. Patentanspruchs 11 angegebenen Merkmale gelöst. Dem Verfahren nach der Erfindung liegt im Gegensatz zu den bekannten Verfahren der Gedanke zugrunde, den Zweitbrennstoff, also beispielsweise den zerkleinerten Schlamm, so rasch wie möglich durch die heißen Feuergase hindurch auf den im intensiven Abbrand befindlichen Grundbrennstoff bzw. auf das Grundfeuer zu bringen, so daß diese Teilchen nicht in der Weise vortrocknen, daß sie eine äußere durch Antrocknen verhärtete Kruste erhalten, die ein Durchbrennen der Teilchen verhindert, so daß die zerkleinerten Teilchen das Gruiidfeucr in einem weitgehend unveränderten Zustand nach der Zerkleinerung erreichen. Unter dem Ausdruck »Grundfeuer« wird eine im intensiven Abbrand befindliche und dadurch glühende Brennschicht verstanden, die auch als Glutmassc bezeichnet werden kann. Durch das Verteilen des Zweitbrennstoffes auf das Grundfeuer unmittelbar nach seiner Zerteilung wird erreicht, daß der Zweitbrennstoff, also beispielsweise der Schlamm, nicht zusammenbacken kann, da dieser zerteilt auf eine Brennschicht mit hoher Temperatur trifft und teilweise in sie hineinfällt, so daß das in jedem Schlammteilchen enthaltene Wasser infolge der allseitigen Wärmeeinwirkung durch Berührung, Konvektion und Strahlung explosionsartig verdampft und so die Teilchen von innen heraus zersprengt, was ihr ω Verhältnis Oberfläche zu Volumen stark vergrößert und ihre unmittelbar anschließende Verbrennung zwangsläufig herbeiführt. Hierdurch wird ein Abdekken des Grundbrennstoffes durch eine Deckschicht aus Zweitbrennstoff vermieden und ein gutes Zünden des Zweitbrennstoffes durch das intensive Feuer des im Abbrand befindlichen Grundbrennstoffes erzielt. Die eingangs geschilderten Nachteile bezüglich der Verkokung und der Bi 'dung von nicht durchgebrannten Einschlüssen sind durch die erfindungsgemäße Lehre vermieden und außerdem wird erreicht, daß der Anteil von mitgerissenem Feingut gegenüber der Vortrocknung in großen Fallhöhen entscheidend verringert wird. Da die Teile des Zweitbrennstoffes duich die erwähnte allseitige Wärmeeinwirkung explosionsartig zersprengt werden, ist eine feine Zerteilung nicht notwendig, wie sie bei den bekannten Verfahren unumgänglich ist. Hierdurch wird der mechanische Aufwand für die Zerteilung des Zweitbrennstoffes wesentlich verringert.

Eine geringe Verweilzeit innerhalb des Feuerraumes kann für den zerteilten Zweitbrennstoff durch Wahl einer möglichst geringen Fallhöhe, durch eine hohe Beschleunigung der zerkleinerten Teilchen des Zweitbrennstoffes, durch Beeinflussung der Geschwindigkeit der aufsteigenden Feuergase oder durch andere geeignete Maßnahmen verwirklicht werden. Vorteilhafte Weiterbildungen, die diesen Zwecken dienen, sind in den Unteransprüchen angegeben.

Da kleinere Teilchen stärker durch die einwirkende Wärme der Feuergase beeinflußt werden als dies bei größeren Teilen der Fall ist und es nach dem vorliegenden Verfahren im wesentlichen darauf ankommt, die Teilchen oder Teile des Zweitbrennstoffes weitgehend unbeeinflußt hinsichtlich ihrer Teilchengröße, ihrer Oberflächenbeschaffenheit und insbesondere hinsichtlich ihres Feuchtigkeitsgehaltes auf das Grundfeuer zu bringen, ist es vorteilhaft, wenn die Teile des Zweitbrennstoffes nach ihrer Zerkleinerung eine mittlere Teilchengröße zwischen 5 und 50 mm aufweisen. Hierdurch wird einerseits erreicht, daß die mechanische Energie zum Zerteilen dc!> Zweitbrennstoffes verhältnismäßig gering gehalten werden kann, und außerdem sind größere Teile einer nicht so großen Beeinflussung durch die Feuergase ausgesetzt, wie dies bei kleineren Teilchen der Fall ist. Da nach der vorliegenden Erfindung die zerkleinerten Teile des Zweitbrennstoffes auf einen im intensiven Abbrand befindlichen Grundbrennstoff bzw. auf das Grundfeuer oder eine Glutmasse fallen, ist es möglich, daß auch Schlammteile mit Abmessungen bis zu 5(1 mm vollständig verbrennen, da sie auf Grund der sehr hohen Wärmeeinwirkung bei der Berührung mit der Glutmasse rasch zerfallen und innerhalb der üblichen Verweilzeit vollständig ausbrennen.

Ordnet man mehrere Einrichtungen nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens an, so führt dies mit der steigenden Zahl der Einrichtungen zu einer immer gleichmäßigeren Verteilung und ermöglicht kürzere Verweilzeiten als bei nur einer solchen Einrichtung, die bei einer größeren zu beaufschlagenden Fläche einem entsprechend größeren Teil des Zweitbrennstoffes eine längere Flugbahn erteilen muß. Der zerkleinerte Zweitbrennstoff kann entweder durch die Zerkleinerungseinrichtung unmittelbar oder durch eine separate mechanische Wurfeinrichtung oder durch Einblasen beispielsweise mittels Luft auf das Grundfeuer geworfen werden. Der Schutz gegen Einstrahlung kann erforderlich werden, um bei stillstehender Zerkleinerungs- und/oder Wurf- bzw. Verteileinrichtung ein Festbrennen oder Anbacken des zu zerteilenden Zweitbrennstoffes an den Gliedern dieser Einrichtung zu verhindern und somit die Funktionsfähigkeit dieser Einrichtung aufrechtzuerhalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach-

folgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. I einen sehematischen Längsschnitt durch einen Feuerraum,

FMg. 2 einen srhcinatischcn Querschnitt durch den Feuerraum nach Fig. I entlang der Linie Π-1Ι in Fife. I,

Fig. 3 einen sehematischen Querschnitt durch einen breiteren Feuerraum nach der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Flugbahnen ^1(l von Teilchen des Zweitbrennstoffes, und

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung von Flugbahnen der in den Feuerraum geschleuderten Teilchen bei einem anderen Anfangswinkel.

Der Grundbrennstoff, der beispielsweise aus MuH, '⁵ sonstigem Abfall oder auch konventionellen Brennstoffen bestehen kann, wird durch eine nicht dargestellte Beschickungseinrichtung zur Überfallkante 1 geschoben und fällt dort auf einen Verbrennungsrost 2. Hier wird der Grundbrennstoff in üblichci 2» Weise gezündet und verbrennt in seiner Brennstoffschicht 3. Durch eine Öffnung 4 in einer Wand, z. B. der Seitenwand des Feuerraumes 5, wird ein Zweitbrennstoff in pastöser Form eingebracht, der über eine Schurre 6 zu einer Zerkleinerungseinrichtung 7 gelangt, die Zerteil- und Wurf- bzw. Verteilglieder 8 aufweist, welche den zerteilten Brennstoff 9 in fein verteilter Form auf die bereits in intensivem Abbrand befindliche, durchgezündete und dadurch glühende Brennstoffschicht 3 werfen, so daß die einzelnen Teilchen 9 des Zweitbrennstoffes direkt mit der Glutmasse in Berührung kommen, wodurch ein Zusammenbacken der noch fließfähigen Teilchen vermieden wird. Dieser aufgeworfene Brennstoff 9, der aus fein zerteilten Zweitbrennstoffteilchen besteht, welche durch die weiter oben beschriebene explosionsartige Verdampfung des in den Teilchen enthaltenen Wassers wesentlich kleiner werden als sie unmittelbar nach der Zerkleinerung durch die Zerkleinerungseinrichtung 7 sind, wird durch die Brennstoffschicht 3 gezündct und verbrannt und wandert stetig und zusammen mit der ausbrennenden Brennstoffschicht 3 zum Austragende 10 der Feuerung. Die öffnung 4, durch die der Zweitbrennstoff auf die bereits glühende Brennstoffschicht 3, also auf das Grundfeuer, aufgestreut wird, kann je nach vorliegenden Besonderheiten an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sein, um eine möglichsi geringe Verweilzeit der zerteilten Teilchen in dem Feuerraum bis zum Auftreffen auf das Grundfeuer zu erzielen. So kann die öffnung 4 in einer der Seitenwände oder auch in der vorderen oder der hinteren Wand, die den Feuerraum 5 begrenzen, vorgesehen sein.

In den Fig. 1 und 2 ist mit strichpunktierten Linien eine weitere Zerkleinerungseinrichtung Ta vorgesehen, der Zweitbrennstoff über die Schurre 6 a zugeführt wird und die mittels Zerteil- und Wurf- bzw. Verteilgliedern 8 a den zugeführten Zweitbrennstoff durch eine öffnung 4 β in der hinteren Wand des Feuerraumes 5 auf die Brennstoffschicht 3 schleudert. Die Zerkleinerungseinrichtung Ta kann entweder zusätzlich zur Zerkleinerungseinrichtung 7 oder an Stelle der Zerkleinerungseinrichtung 7 vorgesehen sein.

In Fig. 3 ist ein gegenüber der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 breiterer Verbrennungsrost 2 dargestellt, auf dem eine Brennstoffschicht 3 in der gleichen Weise abbrennt und weiterbefördert wird, wie dies bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 der Fall ist. Die Aufgabe des Zwcitbrcnustoffcs auf die Brennstoffschicht 3 des Grundbrennstoffes erfolgt durch jeweils eine oder mehrere Zerkleincrungseinrichtungen 7,7', die beispielsweise in einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Feuerraumes 5 vorgesehen sind und den zerteilten Brennstoff 9 durch Öffnungen 4 und 4' auf die Brennstoffschicht 3 verteilen. Zusätzlich zu den in den Seitenwänden vorgesehenen Öffnungen 4 und 4' können in einer vorderen oder einer hinteren Wand des Feuerraumes eine odci mehrere Öffnungen 4" und 4'" vorgesehen sein, durch die weitere Zerkleinerungseinrichtungen Zweitbrennstoff 9 auf bestimmte Bereiche der Brennstoffschicht 3 schleudern. Die Öffnungen 4" und 4'" sowie die dazugehörigen Zerkleinerungseinrichtungen können zusätzlich oder an Stelle der Öffnungen 4 und 4' und den dazugehörigen Zerkleincrungscinrichtungen 7 und T vorgesehen sein.

Zum Schütze der Zerkleinerungseinrichtungen sind, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, beispielsweise mechanische Schieber 11 vorgesehen. Zusätzlich oder an Stelle der Schieber 11 können Zuführungsleitungen 12 für ein Sperrfluid in Form eines Gases oder Dampfes vorgesehen sein, das in oder voi den Öffnungen 4 eingeführt wird.

Die Durchführung des Verfahrens ist nicht an eine bestimmte Feuerungsart gebunden, sondern die Zcrkleinerungs- und Wurf- bzw. Verteileinrichtung kann mit rostfeuerungsfreien Öfen (z. B. Wirbelschichtofen), Feuerungen beliebiger Art (z. B. Vorschub-. Rückschub-, Wanderrost-Feuerungen etc.) als auch in Drehofen zur Anwendung kommen, wenn nur gewährleistet ist, daß der Zweitbrennstoff in zerteiltei Form auf das Grundfeuer des Grundbrennstoffes gelangt, ohne daß ihm Gelegenheit zum Zusammenbakken vor dem Auffall auf das Grundfeuer gegeben wird

In Fig. 4 sind verschiedene Flugbahnen von Teilchen des Zweitbrennstoffes mit unterschiedlicher Anfangsgeschwindigkeiten dargestellt. Die vier gezeigten Flugbahnen beziehen sich auf Anfangsgeschwindigkeiten von 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s und 5 m/s Bei dieser graphischen Darstellung ist von einenschräg nach oben gerichteten Wurf mit einem Anfangswinkel von 15 ° gegenüber der Horizontalen aus gegangen worden. In senkrechter Richtung ist dabe die Fallhöhe und in waagrechter Richtung wie Wurfweite aufgetragen. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß beispielsweise ein mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 5 m/s in den Feuerraum geschleudertes Schlammteilchen in 0,3 Sekunden in waagrechter Richtung eine Wurfweite von rund 1,5 m und ir senkrechter Richtung eine Fallhöhe von 0,85 m zurückgelegt hat. Nach dieser Zeitspanne treffen bereit; die meisten Teilchen auf das Grundfeuer auf.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Flugbahnen der in den Feuerraum geschleuderten Teilchen des Zweitbrennstoffes, wobei wieder in senk rechter Richtung die Fallhöhe und in waagrechtei Richtung die Wurfweite aufgetragen sind. Zum Unterschied gegenüber Fig. 4 handelt es sich hier urr einen waagrechten Wurf, d. h. die Teilchen verlasser die Wurfeinrichtung in horizontaler Richtung. Die fünf dargestellten Flugbahnen sind für die Anfangsgeschwindigkeiten 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s, 5 m/s und K m/s berechnet worden. Nach der gleichen Zeitspanne von 0,3 s und ebenfalls der gleichen Anfangsgeschwindigkeit von 5 m/s, wie dies weiter oben erwähn'

wurde, hat ein Teilchen in senkrechter Richtung eine Fallhöhe von rund 2,0 m und in waagrechtcr Richtung eine Wurfweite von 1.5 m erreicht, d. h. in waagrechter Richtung fliegt das Teilchen bei gleicher Anfangsgeschwindigkeit in etwa genauso weit wie das Teilchen, welches unter 15° gegenüber der Horizontalen nach oben geschleudert wurde, jedoch ist die Fallhöhe bei dem waagrechten Wurf mehr als doppelt so hoch bei der gleichen Flugdauer, d. h. der gleichen Verweilzeit im Feuerraum.

Die Darstellungen zeigen, daß bei den üblichen Rostbreiten und einer entsprechend niedrigen Anordnung der Wurfvorrichtung über dem Feuerungs-

rost Verweilzciten für die Teilchen des Zweitbrennstoffes zwischen 0,1 bis 0,4 s eintreten. Während dieser kurzen Zeitspanne tritt bei Schlammteilchen mit mehreren mm Durchmesser keine nennenswerte Veränderung ein.

In den Fig. 4 und 5 sind die Wurfweiten bzw. Fallhöhen in m angegeben, während der Ort eines Teilchens nach einer bestimmten Zeitdauer durch nachstehende Symbole verdeutlicht ist. Es sind dies:

O Ort des Teilchens nach 0,1 s Δ Ort des Teilchens nach 0,2 s + Ort des Teilchens nach 0,3 s ♦ Ort des Teilchens nach 0,4 s.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbrennen eines Zweitbrennstoffes in Form von unaufbereitetem oder auch teilweise entwässertem Schlamm oder ähnlichen feucht-kiebrigen Massen mit einem Grundbrennstoff, insbesondere Müll, in Feuerungen, wobei der Zweitbrennstoff zerkleinert und auf den Grundbrennstoff aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweitbrennstoff unmittelbar nach seiner Zerkleinerung rasch im Sinne einer weitgehenden Beibehaltung des Feuchtigkeitsgehaltes in dosierter Menge auf den im intensiven Abbrand befindlichen Grundbrennstoff verteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugdauer der zerkleinerten Teile des Zweitbrennstoffes innerhalb des Feuerraumes bis zum Auftreffen auf den im intensiven Abbrand befindlichen Grundbrennstoff höchstens eine Sekunde beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugdauer der zerkleinerten Teile des Zweitbrennstoffes innerhalb des Feuerraumes zwischen 0,1 und 0,5 s beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Teile des Zweitbrennstoffes mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 1 bis 10 m/s in den Feuerraum geschleudert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fallhöhe der zerkleinerten Teile des Zweitbrennstoffes innerhalb des Feuerraumes zwischen 0,5 und 2 m und die Wurfweite zwischen 0,2 und 2 m beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Zweitbrennstoffes nach ih^rer Zerkleinerung eine mittlere Teilchengröße zwischen 5 und 50 mm aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachte Menge des Zweitbrennstoffes in Abhängigkeit von der Feuerraumtemperatur geregelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ft, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachte Menge des Zweitbrennstoffcs in Abhängigkeit vom CO₂- bzw. O₂-Gehalt der Abgase geregelt wird.

¹J. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis ft, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachte Menge des Zweitbrennstoffes in Abhängigkeit von dem Abbrandverhalten des Brenngutes, ζ. Β. der Feuerlänge, geregelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ft, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachte Menge des Zweitbrennstoffes entsprechend einer beliebigen Kombination aus Feuerraumtemperatur, CO₂- oder O₂-Gehalt der Abgase und/oder dem Abbrandverhalten geregelt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wand des Feuerraumes (5) mindestens eine Öffnung (4, 4a, 4', 4", 4'") mit jeweils hinter der Öffnung zugeordneter Zcrkleinerungs- und Wurf- bzw. Verteileinrichtung (7, Ta, T), mit rotierenden Zerteilgliedern

(8, 8a, 8') vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutz (11, 12) gegen Einstrahlung auf die hinter der Öffnung (4, 4a, 4', 4", 4'") liegende Zerkleinerungs- und Wurfbzw. Verteileinrichtung (7,7a, T, 8,8a, 8') vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz gegen Einstrahlung ein die Öffnung (4) bei stillstehender Zerkleinerungseinrichtung (7) absperrender Schieber (11) oder eine Klappe vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Öffnung (4) gegen Einstrahlung ein Sperrfluid (12), beispielsweise Luft, Gas, Wasser oder Dampf dient.