DE69212686T2

DE69212686T2 - Brenneranlage für fliessfähige Abfallstoffe

Info

Publication number: DE69212686T2
Application number: DE69212686T
Authority: DE
Inventors: Eddy J Lauwers
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2012-02-01
Also published as: CA2060477C; JPH0571720A; MX9200437A; BR9200327A; US5129335A; NL9201247A; ES2090375T3; EP0509193B1; EP0509193A2; DE69212686D1; EP0509193A3; CA2060477A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur und der Flammenfront in Abfallverbrennungsanlagen. Die Vorrichtung weist unter anderem ein neues und verbessertes Brennersystem zur Verbrennung von fluiden Abfallstoffströmen auf.

Hintergrund der Erfindung

Viele industrielle Verfahren erzeugen fluide Abfallstoffströme, die Wasser, biologisch abbaubare und nicht abbaubare Bestandteile enthalten können. Die biologisch nicht abbaubaren Bestandteile können umweltgefährdende Materialien wie Säuren, chlorierte Lösungsmittel u.a. sein. Üblicherweise werden diese fluiden Abfallstoffströme in einem feststehenden Ofen oder in einem Drehofen verbrannt. Das durch die Verbrennung dieser Ströme entstehende Rauchgas wird allgemein behandelt, um Schmutzstoffe wie CO, SO&sub2;, und/oder Cl&sub2; zu entfernen. Kohlenmonoxid kann beispielsweise zur Ausbildung von CO&sub2; oxidiert werden, während Cl&sub2; und SO&sub2; chemisch z.B. durch deren Reagieren mit Alkali oder alkalischen Werkstoffen entfernbar ist. Zur Entfernung von Staub, falls im Rauchgas vorhanden, können Filteranordnungen zur Verwendung kommen.
Die Verwendung von Luft/Brennstoff-Brennem in einem Ofen zur Verbrennung von fluiden Abfallstoffströmen ist bekannt. Die Luft/Brennstoff-Brenner erweisen sich bei der Verbrennung von fluidem Abfallstoff allgemein als ineffizient. Zur Verdampfung von Wasser, falls vorhanden, und der anschließenden Verbrennung der biologisch abbaubaren und nicht abbaubaren Bestandteile kann viel Zeit notwendig sein, wodurch die Rate, mit der die fluiden Abfallstoffströme zur Verbrennung in einen Ofen eingeleitet werden, begrenzt wird. Dieses Problem ist insbesondere mit einem großen Rauchgasvolumen verbunden, welches üblicherweise durch die Verwendung von Luft/Brennstoff-Brennern bei der Verbrennung von fluiden Abfallstoff entsteht. Mit zunehmendem Rauchgasvolumen nimmt der Durchsatz eines Ofens ab, wobei der Ausdruck "Durchsatz" als Rate definiert wird, "mit der ein fluider Abfallstrom zur Verbrennung in einen Ofen eingeleitet wird."
Um den Durchsatz eines Ofens zu erhöhen, wurde die Verwendung von sauerstoffangereicherter Luft oder das Einleiten von reinem Sauerstoff mittels einer Lanze in oder unter die Luftflamme angewendet. Diese Sauerstoffverfahren weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Eine der üblichen Nachteile des Einleitens von reinem Sauerstoff mittels einer Lanze besteht in der teilweisen Vermischung des Sauerstoffs mit der Luftflamme, was sowohl zu geringeren als den erwarteten gestiegenen Durchsätzen führt wie zu einer möglicherweise nicht kontrollierbaren Flammenfront, die ein mögliches Überhitzen der stromabliegenden Filterausrüstung verursachen kann. Ein anderer Nachteil der höheren Sauerstoffanreicherungspegel der Verbrennungsluft besteht in der möglichen Überhitzung des feuerfesten Ofenwerkstoffes in der Nachbarschaft des Luftflammengebietes.
Eine von CH-A-429 002 bekannte Brenneranordnung weist mindestens zwei zylindrische Brennersysteme auf; die konzentrisch ineinander angeordnet sind und sich über Düsen zu einer gewöhnlichen zylindrischen Mischkammer hin öffnen. Das erste Brennersystem wird durch einen Hauptdurchlaß und einen ringförmigen Durchlaß bestimmt, der den Hauptdurchlaß umgibt. Jeder gewünschte Brennstoff wie pulverisierter oder schlammartiger Brennstoff kann in den Hauptdurchlaß eingeleitet werden, wobei ein Oxidationsmittel, beispielsweise Dampf, unter Überdruck gesetzte Luft oder gesetzter Sauerstoff in den ringförmigen Durchlaß des ersten Brennersystems eingespeist wird. Das zweite Brennersystem weist zwei weitere ringförmige Durchlässe auf; die konzentrisch um den ringförmigen Durchlaß des ersten Brennersystems herum angeordnet sind. Flüssiger Brennstoff wird in den inneren der beiden zusätzlichen ringförmigen Durchlässe eingespeist, während Dampf, unter Überdruck gesetzte Luft oder andere Oxidationsmittel in den äußeren der beiden zusätzlichen Durchlässe zugeführt wird. Vorzugsweise wird ein drittes Niederduckbrennersystem, das das zweite Brennersystem konzentrisch umgibt, bereitgestellt, um eine Zündflamme innerhalb der Mischkammer zu erzeugen. Das dritte Brennersystem weist eine innere ringförmige Kammer zur Aufnahme von Brennstoff und insbesondere von gasförmigem Brennstoff auf. Eine Verteileranordnung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung verlaufenden Öffnungen ist am Auslaßende dieser Kammer angeordnet und hinterläßt einen ringförmigen Durchlaß um das zweite Brennersystem herum, so daß während des Betriebs Brennstoff sowohl durch den ringförmigen Durchlaß wie durch die in Längsrichtung angeordneten Öffnungen der Verteileranordnung hindurchströmt. In einen äußeren ringförmigen Durchlaß des dritten Brennersystems, der die innere ringförmige Kammer umgibt, wird Luft oder Sauerstoff eingeleitet. Jeder der zylindrischen Brennersysteme der bekannten Brenneranordnung wird derart entworfen und betrieben, daß jeweils eine Flamme ausgebildet wird und die Brennstoffverbrennung getrennt erfolgt, und insbesondere wird durch das dritte Brennersystem eine Zündflamme erzeugt. Line längliche Flamme in Form einer Schneidflamme wird durch das erste und eine zwiebeltbrmige Flamme durch das zweite Brennersystem erzeugt. Mit anderen Worten verbrennt die bekannte Brenneranordnung getrennt zwei oder drei Brennstoffe, die bei der Verbrennung mit Luft oder Sauerstoff sich selbst erhaltende Flammen ausbilden.
Darüber hinaus sind aus WO-A-90/02907 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von brennbarem Material bekannt. In diesem früheren Verfahren und der früheren Vorrichtung werden zwei Flammenarten erzeugt, namentlich eine leuchtende Hochtemperatur-Kernflamme und eine Mehrzahl an brennstoffarmen (sauerstoffreichen) Flammen, die auf die leuchtende Kernflamme gerichtet werden, um letztlich ein Flammenmuster mit hoher Temperatur, großer Helligkeit und niedrigem NOx-Gehalt auszubilden. In einer der Ausführungsformen des bekannten dualen Brennstoffbrenners wird eine Düseneinheit mit einer Mehrzahl von Brennstoffdurchlässen verwendet. Diese Brennstoffdurchlässe werden in einem festen Düsenring bereitgestellt, und eine Mehrzahl von Oxidationsmitteldurchlässen ist im Umkreis dieses festen Düsenrings vorgesehen.
Es besteht Bedarf nach einer Anordnung, mittels derer eine Durchsatzrate erhöht werden kann, ohne instabile und unkontrollierte Flammen und Temperaturbedingungen zu erzeugen, welche sich schädlich auf einen Ofen für fluiden Abfallstoff oder eine Abfallverbrennungsanlage für Flüssigbrennstoff und dem nachfolgend verbundenen Abgasreinigungssystem auswirken können.

Zusammenfassung der Erfindung

In Übereinstimmung mit einem ihrer Aspekte stellt die vorliegende Erfindung ein in Anspruch 1 bestimmtes Verfahren zur Verbrennung von fluidem Abfallstoff bereit.
In Übereinstimmung mit einem anderen ihrer Aspekte stellt die vorliegende Erfindung eine in Anspruch 12 bestimmte Anordnung zur Verbrennung von Abfallstoff bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung der Verbrennungstechnik von flüssigem und/oder gasförmigem Abfallstoff dar, indem das Durchsatzvermögen von Verbrennungsanlagen gesteigert wird, ohne schädliche Auswirkungen auf die Verbrennungsanlage und ihrem nachfolgend verbundenen Abgasreinigungssystem zu bewirken.
Dieses gesteigerte Durchsatzvermögen wird durch den "Synergie-Effekt" von verschiedenen Faktoren erreicht, die die Verbrennung selbst wie auch die verbesserte Regelung des ofenbetriebs beeinflussen, zusammen mit der Umstellung von kommerziellem fossilem Brennstoff oder Erdgas auf flüssigen und/oder gasförmigem Abfallstoff mit hohem Heizwert als Hitzequelle für den Verbrennungsvorgang. Im Verfahren und den Verbrennungsanordnungen der vorliegenden Erfindung werden die Temperatur und die Flammenfront in einer Abfallverbrennungsanlage durch die Dispersion von fluidem Abfallstoff in die Flamme zur Verbrennung des fluiden Abfallstoffs in und um die Flamme herum gesteuert, wobei die Flammenenergie geregelt wird, um die Flammenfront in der Verbrennungsanlage zu begrenzen und eine vorgewählte Temperatur in der Verbrennungsanlage aufrechtzuerhalten. Die Flamme wird durch die Verbrennung von Brennstoff, beispielsweise von fossilem Brennstoff, Erdgas oder einem flüssigen oder gasförmigen Abfallstoff mit hohem Lleizwert, in Gegenwart von Sauerstoff erzeugt. Der Terminus "Flammenenergie" wird daher als ein Verhältnis der Rate von Abfallstoff mit hohem Heizwert und/oder von fossilem Brennstoff zu der Rate des fluiden Abfallstoffs mit niedrigem Heizwert bestimmt. Ein derartiges Verhältnis kann eingestellt werden, um die Flammenfront in der Verbrennungsanlage zu begrenzen und die vorgewählte Temperatur in der Verbrennungsanlage aufrechtzuerhalten, da der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert in die Flamme dispergiert wird.
Der fluide Abfallstoff wird in die von mindestens einem Sauerstoff/Brennstoff-Brenner erzeugten Flamme über eine Mehrzahl von Düsen eingeleitet, die innerhalb eines Ringraums angeordnet sind, welcher durch die den mindestens einen Sauerstoff/Brennstoff-Brenner umgebenden ausgebildete Gehäuseanordnung erzeugt wird. Mindestens eine Düsenanordnung kann nach innen gebogen sein, so daß der fluide Abfallstoff in die Flamme des mindestens einen Sauerstoff/Brennstoff-Brenners dispergiert wird. Der fluide Abfallstoff kann eine Mischung von flüssigem und gasförmigem Abfallstoff aufweisen, wobei jeder Abfallstoff getrennt durch eine separate Düse in die Flamme des mindestens einen Sauerstoff/Brennstoff- Brenners dispergiert wird. Um die Flamme des mindestens einen Sauerstoff/Brennstoff- Brenners zu stabilisieren und die Verbrennung der biologisch abbaubaren und nicht abbaubaren Bestandteile zu erweitern, wird durch den Ringraum ebenfalls Oxidationsmittel eingeleitet. Anordnungen zur Erzeugung eines Wirbeleffekts für das Oxidationsmittel beispielsweise Rippen und Ablenkplatten, können im Ringraum vorgesehen werden.
Das System zur Verbrennung von fluidem Abfallstoff kann weiterhin sowohl eine in Verbindung mit dem Ofen stehende Rauchgasbehandlungsanordnung aufweisen, um durch die Verbrennung des fluiden Abfallstoffs im Ofen entstehende Schmutzstoffe im Rauchgas zu entfernen, wie eine Anordnung zur Beförderung des Rauchgases des Ofens zur Erwärmung des fluiden Abfallstoffs, bevor der fluide Abfallstoff in die Flamme dispergiert wird.
Der Sauerstoff/Brennstoff-Brenner kann in Verbindung mit einer Quelle für Abfallstoff mit hohem Heizwert stehen, die als Ersatz für fossilen Brennstoff Abfallstoff mit hohem Heizwert zur Erzeugung einer Flamme bereitstellen kann. Die Anordnung zur Beförderung des Rauchgases vom Ofen zur Erwärmung des fluiden Abfallstoffs beinhaltet ein Verdampfungssystem, das über Leitungsanordnungen mit dem Ofen in Verbindung steht. Weiterhin sind Anordnungen zur Regelung der Zerstäubungsrate des flüssigen Abfallstoffs, der Durchflußrate des Oxidationsmittels und der Einleitungsrate des Brennstoffs vorgesehen, um die Flamme des Sauerstoff/Brennstoff-Brenners und die Ofentemperatur zu steuern. Durch die Verwendung des Rauchgases zur Erwärmung eines fluiden Abfallstoffs mit niedrigem Heizwert und insbesondere einen Flüssigkeit enthaltenen Abfallstoff mit niedrigem Heizwert, welcher als Folge der Erwärmung vorgängig vor der Verbrennung teilweise konzentriert sein kann, kann eine Reduzierung des Rauchgases bzw. der Abgase im Ofen in einer Menge erreicht werden, die äquivalent zu der Wassermenge ausfällt, die verdampft wurde. Ebenso wird die Verbrennung erhöht.
Der hier verwendete Terminus "Brennstoff" bezieht sich auf einen Abfallstoff mit hohem Heizwert, auf fossilen Brennstoff und/oder Erdgas.
Der hier verwendete Terminus "Abfallstoff mit hohem Heizwert" bezieht sich auf einen Abfallstoff mit einem Heizwert von gleich oder größer 15000 KJ/kg (3500 kcal/kg).
Der hier verwendete Terminus "Abfallstoff mit niedrigem Heizwert" bezieht sich auf einen Abfallstoff mit einem Heizwert von kleiner 15000 KJ/kg (3500 kcal/kg).
Der hier verwendete Terminus "fluider Abfallstoff" bezieht sich auf flüssigen Abfallstoff, auf gasförmigen Abfallstoff oder auf Mischungen derselben.
Der hier verwendete Terminus "Sauerstoff/Brennstoff-Brenner" bezieht sich auf einen Sauerstoff-Brenner, der durch die Verbrennung von Brennstoff unter Vorhandensein eines Oxidationsmittels mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 28% eine Flamme erzeugt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

FIG 1 stellt eine Querschnittsansicht des verbesserten Brennersystems als Illustration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
FIG 2 stellt eine Querschnittsansicht des verbesserten Brennersystems mit gebogenen Düsen als Illustration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
FIG 3 ist eine Aufsicht des verbesserten Brennersystems aus FIG 1.
FIG 4 und 5 sind schematische Ansichten eines Verbrennungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf FIG 1-3 ist ein Brennersystem (1) in Querschnittsansicht und Aufsicht dargestellt. Das Brennersystem (1) weist einen zentral angeordneten Sauerstoff/Brennstoff- Brenner (2) auf, der eine Einheit, bestehend aus Elementen 6, 7, 8 9, 10, 11, wie in FIG 1 und 2 gezeigt, ist, und eine Mehrzahl an Düsen (3), die im wesentlichen parallel zu dem zentral angeordneten Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) innerhalb eines wassergekühlten Ringraumes (4) angeordnet sind, welcher durch eine Gehäuseanordnung mit einem Wassermantel (5) ausgebildet ist, die den zentral angeordneten Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) umgibt. Der Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) weist ein wassergekühltes zylindrisches Rohr (6) als Schutz für ein konzentrisch angeordnetes inneres Rohr (8) auf, welches an einer Düsenspitze (7) endet, aus der Brenn- oder Abfallstoff abgegeben wird. Das innere Rohr (8) enthält zwei koaxial angeordnete Tuben, in denen Brennstoff durch den äußeren Tubus oder den Ringraum (10) zur Düsenspitze (7) fließt, und wobei Luft oder jedes andere Zerstäubungsmittel durch den zentral angeordnete Tubus (9) bereitgestellt wird, um den Brennstolt an der Düsenspitze (7) zu zerstäuben.
Als bevorzugt verwendeter Sauerstoff/Brennstoff-Brenner dient der von US-A-4 378 205 oder US-A-4 541 796 bekannte Ansaugbrenner, der lösbar im Brennersystem (1) befestigt ist. Der Standort dieses Sauerstoff/Brennstoff-Brenners (2) fällt derart aus, daß er sich im Zentrum des Brennersystems (1) befindet und seine Spitze (7) etwa 0 bis 0,3 m hinter den Spitzen der Mehrzahl der Düsen (3) eingezogen ist. Das im Sauerstoff/Brennstoff-Brenner verwendete und durch den Ringraum (11) fließende Oxidationsmittel ist vorzugsweise technisch reiner Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von größer als 99,5%, jedoch kann ein Oxidationsmittel mit einer Sauerstoffkonzentration von größer als 50% eingesetzt werden. Das durch den Ringraum (4) fließende Oxidationsmittel kann technisch reiner Sauerstoff nut einer Sauerstoffkonzentration von größer als 99,5% sein oder Luft bzw. sauerstoffangereicherte läuft mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 21% oder vorzugsweise größer als 30%. Der bevorzugt verwendete Brennstoff ist reicher fossiler Brennstoff wie Öl, Erdgas oder fluider Abfallstoff mit hohem Heizwert, d.h. mit einem Heizwert von über 15000 KJ/kg (3500 kcal/kg).
Die Mehrzahl der Düsen (3) kann ebenfalls lösbar innerhalb des Ringraumes (4) des Brenner- Systems (1) angeordnet sein. Jede Düse (3) kann nach innen zum Sauerstoff/Brennstoff- Brenner (2) hin gebogen sein, wobei ein bevorzugter Neigungswinkel zwischen 0º und 40º beträgt, von der Mittelachse jeder Düse aus gemessen. Der Durchlaß jeder Düse (3) ist derart gestaltet, daß kleine feste Partikel bis zu 5 mm Durchmesser oder größer durch die Düse (3) geleitet werden können. Durch diese Düsen wird ein fluider Abfallstoff mit niedrigem Heizwert in die Flamme mindestens eines Sauerstoff/Brennstoff-Brenners dispergiert. Andere Abfallstoffe mit niedrigem Heizwert wie gasförmiger oder flüssiger Abfallstoff können durch separate Düsen von der Mehrzahl der Düsen (3) getrennt in die Flamme geleitet werden.
Die in das Brennersystem eintretenden und durch die Düsenspitze (7) und die Düsen (3) geleiteten Abfallstoffströme stammen vorzugsweise von verschiedenen Quellen und können daher unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, des Heizwerts, der Viskosität usw. aufweisen. Allerdings können diese Abfallstoffströme auch aus der gleichen Quelle stammen. Eine der Ströme kann zur Bereitstellung eines hohen Heizwerts behandelt werden.
In FIG 4 und 5 wird ein fluider Abfallstrom, vorzugsweise ein Flüssigkeit enthaltender Abfallstoffstrom aus einer Abfallstoffquelle (10) über Leitungen (12) und die Mehrzahl an Düsen (3) des Brennersystems (1) in einen Ofen (11) geleitet. Die Durchflußrate des fluiden Abfallstoffs kann durch eine Steueranordnung (13) eingestellt und/oder gesteuert werden.
Beispielsweise kann die Mehrzahl der Düsen (3) unter Druck gesetzt werden, um den die Flüssigkeit enthaltenden Abfallstoff bei etwa 0 bis etwa 10.000 Liter/h oder mehr in den Ofen zu zerstäuben. Jeder die Düsen (3) passierende flüssige Abfallstoffstrom kann etwa 0 bis etwa 95 Volumenprozent Wasser oder mehr enthalten, wobei der verbleibende Gehalt des flüssigen Abfallstoffstroms aus biologisch abbaubaren und nicht abbaubaren Bestandteilen, die umweltschädigend sein können, besteht.
Weiterhin ist die Zuführung von Brennstoff, wie z.B. Abfallstoff mit hohem Heizwert, Öl oder Erdgas und eines Oxidationsmittels in das Brennersystem (1) aus einer Brennstoffquelle (14) und einer Oxidationsmittelquelle (15) via Leitungen (16) bzw. (17) dargestellt, um den Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) zu betreiben. Der Brennstoff wird dem inneren Rohr (8) des Sauerstoff/Brennstoff-Brenners (2), das Oxidationsmittel dem Rohr (6) durch den Ringraum (11) des Sauerstoff/Brennstoff-Brenners (2) zugeführt. Die Steuerung der Rate, bei welcher der Brennstoff und das Oxidationsmittel dem Sauerstoff/Brennstoff-Brenner zugeführt werden, erfolgt durch eine Steueranordnung (18) bzw. (19). Die verwendete Brennstoff- und Oxidationsmittelmenge ist allgemein von der Menge und dem Gehalt des dem Ofen (11) zugeführten flüssigen Abfallstoffstroms abhängig. Das Oxidationsmittel wird jedoch vorzugsweise mit etwa 0 bis 1000 Nm³/h oder mehr eingeleitet, während der Brennstoff wie Erdgas, Öl oder Abfallstoff mit hohem Heizwert mit etwa 100 bis 2000 Nm³/h (Erdgas) oder mit etwa 80 bis 1600 Liter/h (Öl oder Abfallstoff) zugeführt wird.
Darüber hinaus kann ein zusätzliches Oxidationsmittel wie Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff von einer zusätzlichen Oxidationsmittelquelle (20) oder von der vorhandenen Oxidationsmittelquelle (15) durch eine Leitung (21) und den Ringraum (4) des Brennersystems (1) in den Ofen (11) eingeleitet werden, wie in FIG 4 und 5 gezeigt.
Die Größe des Ringraums (4) wird derart bestimmt, daß das Oxidationsmittel mit etwa 10.000 bis 70.000 Nm³/h oder mehr in den Ofen (11) eingeleitet werden kann. Die Durchflußrate des durch den Ringraum (4) bereitgestellten Oxidationsmittels wird durch eine Steueranordnung (22) geregelt.
Rippen oder Ablenkplatten (23) können im Ringraum (4) angeordnet werden, um dem durch den Ringraum (4) geleiteten Oxidationsmittel einen Wirbeleffekt zu verleihen.
Während des Verbrennens wird die Flammenenergie geregelt oder eingestellt, um zu verhindem, daß die Flammenfront aus dem Ofen (11) tritt, und um die Temperatur des Ofens (11) zu steuern, was zum Beispiel bedeutet, daß ein Teil Brennstoff wie hocherhitzender flüssiger Abfallstoff oder fossiler Brennstoff zusammen mit 9 Teilen wäßrigem Abfallstoff mit niedrigem Heizwert verwendet wird. Dieses Verhältnis wird allgemein auf 1/9 bis etwa 1/4 basierend auf dem Gewicht, eingestellt; es ist jedoch großteils von dem Heizwert eines fluiden Abfallstoffstroms und dessen Einleitungsrate abhängig. Wird beispielsweise die Temperatur als Folge einer zunehmenden Einleitungsrate von wässrigem flüssigem Abfallstoff nut niedrigem Heizwert und der mit ihr verbundenen Wasserverdampfungsrate verringert, ist eine proportionale Zunahme der Einleitungsrate von Abfallstoff mit hohem Heizwert oder von fossilem Brennstoff nötig, um die aus dem höheren Wasservolumen folgende Temperaturabnahme zu kompensieren. Die gestiegene Menge an Brennstoff wie flüssiger oder gasförmiger Abfallstoff mit hohem Heizwert oder fossiler Brennstoff trägt zu einer Zunahme der Energie der Sauerstoff-Flamme bei, die für die Verbrennung einer gegebenen Menge eines spezifischen wäßrigen flüssigen Abfallstoffs mit niedrigem Heizwert notwendig ist.
Vorzugsweise wird der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert nut etwa 4000 bis 9000 kg/h eingeleitet, während die gebräuchliche Energie der Sauerstoff-Flamme bei etwa 15000 bis etwa 42000 KJ/kg (3500 bis 10000 kcal/kg) liegt, wobei etwa 1000 kg/h fossiles Öl oder etwa 1200 Nm³/h Erdgas oder etwa 1400 kg/h fluider Abfallstoff mit hohem Heizwert und eine korrespondierende Sauerstoff-Durchflußrate von etwa 300 bis 1000 Nm³/h verwendet wird. Zusätzliche Luft oder sauerstoffangereicherte Luft wird durch den Sauerstoff/Brennstoff-Brenner bei einer Rate zwischen 10.000 und 70.000 Nm³/h zugeleitet. Üblicherweise sind die Raten, mit denen fluider Abfallstoff, Brennstoff und Oxidationsmittel eingeleitet werden, durch dasjenige entstehende Rauchgasvolumen begrenzt, das der Ofen und die stromabliegende Rauchgasbehandlungsanordnung verarbeiten oder aufnehmen können.
Allgemein wird, wie in FIG 4 dargestellt, das durch die Verbrennung von fluidem Abfallstoff in einem Ofen (30) entstehende Rauchgas zunächst durch eine Verdünnung mit Luft abgekühlt. Das gekühlte Rauchgas wird anschließend in einer Filteranordnung (24) und Gasbehandlungssystemen (25) zur Entfernung des Staubes und der Schmutzstoffe wie z.B. CO SO&sub2;, NOx und/oder Cl&sub2; behandelt. Das behandelte Rauchgas wird dann durch eine leitung (28) in einen Abzug und zur Atmosphäre geleitet.
Wie in FIG 5 gezeigt, kann das heiße Rauchgas vorgängig zur Schmutzstoffentfernung zur Erwärmung des fluiden Abfallstoffs mit niedrigem Heizwert verwendet werden. Ist beispielsweise Flüssigkeit enthaltender Abfallstoff mit niedrigem Heizwert beteiligt kann dieser während der Erhitzung aufgrund der Verdampfung eines Teils seines Wassers teilweise konzentriert sein. Das heiße Rauchgas wird durch eine Leitung (26) zu einem Verdampfungssystem (27) geleitet, welches mindestens einen direkten bzw. indirekten oder Gleich- bzw. Gegenströmungsverdampfer oder -wärmetauscher aufweisen kann. Der sich ergebende Abfallstoff und insbesondere der konzentrierte flüssige Abfallstoff aus dem Verdampfungssystem (27) wird über Leitungen (12) und die Mehrzahl der Düsen (3) in den Ofen (30) eingeleitet. Das verdampfte Wasser kann aus dem Verdampfungssystem (27) über einen Abzug direkt in die Atmosphäre abgegeben werden. Enthält das verdampfte Wasser noch eine kleine Menge an verdampften Abfallstoffprodukten, wird es vorzugsweise über eine Leitung (29) zum Ofen (30) zurückgeschickt.
Durch die Verwendung des obigen Verdampfungssystems mit einem Sauerstoff-Brenner in einer Abfallverbrennungsanlage kann die notwendige Energie wesentlich verringert werden. Verglichen mit einer Verbrennungsanlage mit Luftbrennern und ohne Verdampfungssystem, kann die erforderliche Brennstoffenergie um etwa 19 × 10&sup9; (4,5 × 10&sup9; cal) reduziert werden, verglichen mit einer Verbrennungsanlage mit reinen Sauerstoff-Brennern, jedoch ohne Verdampfungssystem, verringert sich die erforderliche Brennstoffenergie um etwa 5,28 × 10&sup9; J (1,26 × 10&sup9; cal). Im Vergleich mit einer Verbrennungsanlage mit reinen Sauerstoff-Brennern, die einen konzentrierten flüssigen Abfallstoff verwendet, wird die erforderliche Brennstoffenergie immer noch um etwa 2,4 × 10&sup9; J (0,58 × 10&sup9; cal) verringert. Diese Reduktion des Energiebedarfs basiert auf 1 Tonne wäßrigen flüssigen Abfallstoffs mit niedrigem Heizwert unter Verwendung thermodynamischer Berechnungen. Durch den Einsatz des obigen Verdampfungssystems mit einem Sauerstoff-Brenner können Verbrennungsanlagen mit 87% weniger Energie betrieben werden. Als Folge des geringeren Energiebedarfs kann die verwendete Menge an Brennstoff oder Sauerstoff wesentlich reduziert werden, während die Rate, bei welcher ein Abfallstoff mit niedrigem Heizwert verbrannt wird, maximiert wird.
Die folgenden Beispiele dienen der Illustration der Erfindung.

Beispiel 1

Ein flüssiger Abfallstoff wurde durch Ethanol mit 20 Gew.% in einer Wasserlösung simuliert. Dieser simulierte flüssige Abfallstoff wurde durch ein Brennersystem mit einer Zerstäubungsanordnung für flüssigen Abfallstoff in eine Verbrennungsanlage eingeleitet, die bei etwa 1150ºC betrieben wurde. Das Brennersystem wies einen im Mittelpunkt angeordneten wassergekühlten Sauerstoff/Öl-Brenner und einen wassergekühlten Ringraum auf, der durch eine zylindrische Gehäuseanordnung mit einem den im Mittelpunkt angeordneten Sauerstoff/Öl- Brenner umgebenden Wassermantel ausgebildet wurde. Um diesen im Mittelpunkt angeordneten Sauerstoff/Öl-Brenner wurden drei Düsen innerhalb des Ringraums im wesentlichen parallel zu dem Sauerstoff/Öl-Brenner angebracht. Der Sauerstoff/Öl-Brenner verbrauchte etwa 45 Liter/h Leichtöl mit einem zugehörigen Sauerstoff-Fluß von 100 Nm³/h (Nm³ stellt Kubikmeter bei 0ºC und 760 mm Hg dar) und erzeugte eine Flamme mit einer Länge von etwa 1,5 m. Der flüssige Abfallstoff wurde in dieser Flamme über drei Druckdüsen die bei etwa 6 barg unter N&sub2;-Überdruck gesetzt wurden, mit 400 Liter/h zerstäubt. Jede Düse war etwa 5 cm vom Mittelpunkt des Brennersystems entfernt angeordnet, wobei deren Spitzen etwa 3 cm vor der Spitze des Sauerstoff/Brennstoff-Brenners endeten. Ebenso wurde zusätzlicher Sauerstoff bei etwa 200 Nm³/h durch den Ringraum zugeführt, um die Stabilität der Flamme und die Verbrennung des simulierten flüssigen Abfallstoffs zu erhöhen. Während der Verbrennung wurde die Flamme des Sauerstoff/Öl-Brenners dunkler und etwa 2,5m lang; sie war jedoch stabil und verblieb in der Verbrennungsanlage. Darüber hinaus wurde kein typischer Ethanolgeruch im austretenden Rauchgas wahrgenommen, und das Brennersystem wie die Düsen blieben im besten Zustand.

Beispiel 2

Ein flüssiger Abfallstoff wurde durch eine Mischung aus 25 Gew.% Glykol und 75 Gew.% Wasser simuliert und mit 300 Liter/h in eine Verbrennungsanlage eingeleitet, die bei 1070ºC betrieben wurde. Das zur Erhitzung und zur Einleitung des flüssigen Abfallstoffs in die Verbrennungsanlage verwendete Brennersystem entsprach demjenigen in Beispiel 1 verwendeten System, mit der Ausnahme, daß die Düsen mit einem Winkel von 30º, von der Mittelachse jeder Düse aus gemessen, nach innen gebogen waren. Der Sauerstoff/Öl-Brenner wurde derart betrieben, daß eine Flamme mit einer Länge von etwa 1,5 m bereitgestellt wurde, und verbrauchte etwa 50 Liter/h Öl mit einem zugehörigen Sauerstoff-Fluß von 100 Nm³/h. Zusätzlicher Sauerstoff wurde durch den Ringraum mit etwa 400 Nm³/h zugeführt. Während der Verbrennung wurde die Flamme des Sauerstoff/Öl-Brenners dunkler und nahm eine Länge von etwa 2,5m an; sie war jedoch stabil und verblieb in der Verbrennungsanlage.
Darüber hinaus war das Glykol trotz seines niedrigen Dampfdrucks, der eine Verdampfung sehr schwierig macht, vollständig verbrannt.

Beispiel 3

In einer industriellen Verbrennungsanlage wurde ein in FIG. 2 beschriebenes Brennersystem (1) mit 4 Düsen für flüssigen Abfallstoff verwendet. Dieser Brenner wurde in einer Dreh- Verbrennungsanlage mit einer Länge von etwa 10 m und einem inneren Durchmesser von etwa 2,5 m angebracht. Die Abgase (das aus der Abfallstoffverbrennung resultierende Rauchgas) dieser bei etwa 1000ºC betriebenen Verbrennungsanlage wurden durch einen Abfallstoff- Hitzekessel mit einer Dampferzeugungskapazität von etwa 20 T/h geleitet, der die Abgase auf etwa 240ºC abkühlte. Die abgekühlten Abgase wurden dann durch ein Staubentfernungssystem und durch ein Säure neutralisierendes System geleitet bevor sie an die Atmosphäre abgegeben wurden.
Durch den im Mittelpunkt gelegenen Sauerstoff-Brenner (2) wurde etwa 600 kg/h Abfallstoff mit hohem Heizwert durch die Düsenspitze (7) geleitet und durch den Ringraum (11) bei etwa 400 Nm³ Luft/h entzündet. Der Abfallstoff mit hohem Heizwert wurde bei etwa 30 Nm³/h zerstäubt. Die 4 Düsen (3) dispergierten Abfallstoff mit niedrigem Heizwert bei einer Gesamtrate von etwa 6000 Liter/h in der an der Düsenspitze (7) angeordneten Sauerstoff- Flamme.
Zusätzliches Oxidationsmittel (Luft) wurde durch den Ringraum (4) mit einer Rate von etwa 50.000 Nm³/h zugeführt, um die Flamme zu stabilisieren und die Abfallstoffe zu verbrennen. Fester Abfallstoff wurde mit einer Rate von etwa 1000 kg/h durch einen speziellen Einlaß getrennt in die Verbrennungsanlage eingeleitet.
Die Temperatur am Auslaß der Verbrennungsanlage wurde auf etwa 1000ºC geregelt, indem jeweils die Raten der Abfallstoffe mit hohem und niedrigem Heizwert variiert wurden. Das Abgas wies einen Sauerstoffgehalt von über 12% auf
Die obigen Experimente zeigen, daß die Rate, mit welcher flüssiger Abfallstoff verbrannt werden kann, durch die Verwendung des obigen Sauerstoff/Brennstoff-Brenner-Systems anstatt eines gebräuchlichen Luftbrenner-Systems um etwa 30% gesteigert werden kann. Gleichfalls konnte, verglichen mit dem gebräuchlichen Luftbrenner-System, eine geringere Oberflächenverschmutzung der Dampfröhren im Abfallstoff-Hitzekessel festgestellt werden, was darauf hinweist, daß mit dieser spezifischen Sauerstoff-Technik eine vollständige und bessere Verbrennung der Abfallstoffprodukte bewerkstelligt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung hinsichtlich der Steigerung des Durchsatzvermögens einer Verbrennungsanlage für fluiden Abfallstoff dar. Durch die Dispergierung des fluiden Abfallstoffs durch eine Düsenanordnung in die Flamme mindestens eines Sauerstoff/Brennstoff-Brenners bei einer gesteuerten Rate kann die Temperatur einer Verbrennungsanlage auf den erforderlichen Bereich gesenkt werden. Daher kann die Temperatur der Verbrennungsanlage durch die Regelung der Flammenenergie gesteuert werden, indem das Verhältnis eines Brennstoffs zu einem Abfallstoff mit niedrigem Heizwert eingestellt wird, um einen hohen Durchsatz zu erreichen. Darüber hinaus wird die Flammenfront innerhalb der Verbrennungsanlage sogar bei hohem Durchsatz gut zurückgehalten, da der Verbrennungsvorgang in und um die Flamme des Sauerstoff/Brennstoff-Brenners herum stattfindet, wobei das Vorhandensein von fluidem Abfallstoff in der Flamme und deren Nachbarschaft zur gleichen Zeit den Verbrennungsvorgang nicht beeinträchtigt. Weiterhin wird in Folge der Verwendung des Sauerstoff/Brennstoff-Brenners eine geringe Rauchgasmenge erzeugt, da das in Luft enthaltene N&sub2; reduziert bzw. beseitigt wurde, indem die Luft teilweise bzw. vollständig durch den im Sauerstoff/Brennstoff-Brenner verwendeten Sauerstoff ersetzt wurde. Dieser Faktor ermöglicht wiederum die Steigerung des Durchsatzes einer Verbrennungsanlage. Und schließlich kann durch die Verwendung der verfügbaren Wärme des aus der Verbrennungsanlage stammenden Rauchgases zum Konzentrieren eines Flüssigkeit enthaltenden Abfallstoffes bei gestiegenem Durchsatz der Abfallstoffverbrennung die Menge an erforderlichem Brennstoff und Oxidationsmittel drastisch reduziert werden.

Claims

1. Verfahren zum Verbrennen von fluidem Abfallstoff in einer Abfallverbrennungsanlage, die mit mindestens einem Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) und einer Mehrzahl von Düsen (3) versehen ist, die in einem Ringraum (4) angeordnet sind der von einer den Sauerstoff/Brennstoff-Brenner umgebenden Gehäuseanordnung (5) gebildet ist, wobei:

eine zentrale Flamme erzeugt wird, indem dem Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) flüssiger Abfallstoff mit hohem Heizwert und/oder gasförmiger Abfallstoff mit einem Heizwert von mindestens 15000 KJ/kg (3500 kcal/kg), fossiler Brennstoff und ein Oxidationsmittel oder Erdgas und ein Oxidationsmittel zugeführt werden, wobei das Oxidationsmittel eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 28 % hat;

den Düsen (3) fluider Abfallstoff mit niedrigem Heizwert von welliger als 15000 KJ/kg (3500 kcal/kg) zugeführt wird;

zusätzliches Oxidationsmittel durch den Ringraum (4) hindurch eingeleitet wird und das zusätzliche Oxidationsmittel ringförmig um den den Ringraum (4) durchströmenden fluiden Abfallstoff mit niedrigem Heizwert herumgeleitet wird;

der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert über die Düsen (3) in die zentrale Flamme dispergiert wird, um den fluiden Abfallstoff mit niedrigem Heizwert in der Flamme und um diese herum zu verbrennen; und

die Flammenenergie eingestellt oder reguliert wird, um die Flammenfront innerhalb der Verbrennungsanlage zu halten und eine vorgewählte Temperatur in der Verbrennungsanlage bei einer erhöhten Abfalldurchsatzmenge durch Einstellen des Verhältnisses zwischen der Einspeisemenge von Abfallstoff mit hohem Heizwert oder der Einspeisemenge von fossilem Brennstoff und der Einspeisemenge von fluidem Abfallstoff mit niedrigem Heizwert aufrecht zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert flüssigen Abfallstoff, gasförmigen Abfallstoff oder Gemische derselben aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Düsen (3) derart nach innen gebogen sind, daß der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert unmittelbar in die Flamme des Sauerstoff Brennstoff-Brenners (2) dispergiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert mit dem von der Abfallverbrennungsanlage erzeugten Rauchgas vorgewärmt und partiell konzentriert wird, bevor der fluide Abfallstoff in die Verbrennungsanlage eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Energie der Flamme reguliert wird, indem ein Brennstoff/Abfallstoff-Verhältnis im Bereich von 1/9 zu 1/4 eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Gesamteinspeisemenge des fluiden Abfallstoffs mit niedrigem Heizwert im Bereich von 1000 bis 10000 kg/h liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert 0 bis 95 Vol.% Wasser enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für einen Wirbeleffekt des zusätzlichen Oxidationsmittels innerhalb des Ringraums (4) gesorgt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert ein Gemisch von flussigen und gasförmigen Abfallstoffen aufweist, die jeweils gesondert über mindestens eine Düse (3) in die zentrale Flamme dispergiert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert flüssigen Abfallstoff aufweist, der in die Flamme hinein zerstäubt wird, und das zusätzliche Oxidationsmittel dem zerstäubten Abfallstoff über den Ringraum (4) ringförmig zugeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Verhältnis zwischen der Zerstäubungsrate von flüssigem Abfallstoff und der Brennstoff-Einspeisemenge so eingestellt wird, daß die Flammentemperatur und die Flammenfront derart gesteuert werden, daß die Flamme daran gehindert wird, die Verbrennungszone der Verbrennungsanlage zu beschädigen und aus der Verbrennungszone zu entweichen.

12. Abfallverbrennungsanlage mit:

mindestens einem wassergekühlten zentralen Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) zum Erzeugen einer zentralen Flamme in einem Ofen (30), wobei der Brenner mit einer Quelle für ein Oxidationsmittel, das eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 28 % hat, und mit einer Quelle für fossilen Brennstoff, für Erdgas und/oder für flüssigen Abfallstoff mit hohem Heizwert und/oder für gasförmigen Abfallstoff mit einem Heizwert von mindestens 15000 KJ/kg (3500 kcal/kg) in Verbindung steht;

einer Wassermantel-Gehäuseanordnung (5), welche den Sauerstoft/Brennstoff-Brenner (2) umgibt und zwischen dem Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) und der Wassermantel- Gehäuseanordnung (5) einen Ringraum (4) bildet, der mit einer Quelle für zusätzliches Oxidationsmittel in Verbindung steht;

einer Mehrzahl von Düsen (3), die innerhalb des Ringraums (4) um den Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) herum angeordnet sind und mit mindestens einer Quelle für fluiden Abfallstoff mit niedrigem Heizwert von weniger als 15000 KJ/kg (3500 kcal/kg) in Verbindung stehen; und

einer Anordnung zum Einstellen des Verhältnisses zwischen der Einspeisemenge von Abfallstoff mit hohem Heizwert oder der Einspeisemenge von fossilem Brennstoff und der Einspeisemenge von fluidem Abfallstoff mit niedrigem Heizwert.

13. Abfallverbrennungsanlage nach Anspruch 12, bei welcher die Düsen (3) in Richtung auf den Sauerstoff/Brennstoff-Brenner (2) gebogen sind, so daß der fluide Abfallstoff mit niedrigem Heizwert unmittelbar in die Flamme des Sauerstoff/Brennstoff-Brenners (2) dispergiert wird.

14. Abfallverbrennungsanlage nach Anspruch 12, bei welcher der Sauerstoff/Brennstoff- Brenner (2) ein zylindrisches, wassergekühltes Rohr (6) und ein konzentrisch angeordnetes Rohr mit mindestens zwei koaxial angeordneten Tuben (9, 10) aufweist, wobei die Rohre und Tuben Durchlässe für Brennstoff, Oxidationsmittel bzw. Zerstäubungsluft bilden.

15. Abfallverbrennungsanlage nach Anspruch 12, bei welcher innerhalb des Ringraums (4) eine Anordnung (23) angeordnet ist, die für einen Wirbeleffekt des zusätzlichen Oxidationsmittels sorgt.

16. Abfallverbrennungsanlage nach Anspruch 12, bei welcher der Ofen (30) ein feststehender Ofen ist.

17. Abfallverbrennungsanlage nach Anspruch 12, bei welcher der Ofen (30) ein Drehofen ist.

18. Abfallverbrennungsanlage nach Anspruch 12, ferner versehen mit:

einer Rauchgas-Behandlungsanordnung (24, 25), die mit dem Ofen (30) in Verbindung steht, um Schmutzstoffe in dem Rauchgas zu beseitigen, das auf die Verbrennung der fluiden Abfallstoffe in dem Ofen zurückgeht; und

einer Anordnung (27, 29) zum Transportieren des Rauchgases von dem Ofen (30), um den fluiden Abfallstoff mit niedrigem Heizwert zu erwärmen, bevor dieser fluide Abfallstoff in die Flamme dispergiert wird.

19. Abfallverbrennungsanlage nach Anspruch 18, bei welcher die Anordnung (27, 29) zum Transportieren des Rauchgases zwecks Erwärmens des fluiden Abfallstoffes mit niedrigem Heizwert vor dem Dispergieren dieses Fluids ein Verdampfungssystem (27) aufweist das zum partiellen Konzentrieren des Abfallstoffes benutzt wird.