DE1526061A1

DE1526061A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von organischem Abfall hohen Feuchtigkeitsgehaltes

Info

Publication number: DE1526061A1
Application number: DE1965D0046912
Authority: DE
Inventors: Albertson Orris Earl; H Kilmer William M
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1964-03-31
Filing date: 1965-03-27
Publication date: 1969-09-25
Also published as: NL154319B; US3319587A; BE672655A; CH438550A; DE1526061B2; GB1061311A; NL6504057A; JPS5132908B1; SE337648B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Beseitigung von feuchtem Abfall durch Verbrennung, -wobei der Abfall weitgehend organische oder flüchtige Bestandteile enthält, die zum Teil verfaulbar sein können. Ein solcher Abfall kann beispielsweise durch Filtrierung oder sonstige Bntwässerungsmassnahmen gewonnener Abwasserschlamm sein, also einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 80 bis 65 % besitzen, oder er kann von der Art feuchten Mülls oder dergleichen von vergleichbarem Feuchtigkeitsgehalt sein. ■?

S 0 Ö 8 3 9 / 0 5^:7

Im Gegensatz zum Stande der Technik befasst sich die Erfindung mit der unmittelbaren Verbrennung organischen Abfallmaterials von hohem Feuchtigkeitsgehalt unter besonders geregelten Bedingungen. Zu diesem Zweck wird der Abfall kontinuierlich in eine Masse von heis'sen, aufgeströmten inerten Granalien mit Wärmespeicherungs- und Wärmestrahlungsfähigkeit, z.B. Said, eingebracht. Der Wirbelschichtzustand dieses Kornmaterials wird in der Verbrennungskammer durch die Verbrennungsluft aufrechterhalten, die durch eine Lochplatte eingeblasen wird. Der Luftdruck muss also nicht nur ausreichen für das Druckgefälle durch die Lochplatte sondern für die Wirbelschichtbewegung der Sandteilchen, was wiederum von dem Bestand an in der Bettiefe aufrechtzuerhaltenden inerten Teilchen abhängt. Die Einrichtungen zur Einführung des feuchten Abfalls in die Verbrennungskammer müssen in angemessener Weise gegen diesen Druck abgedichtet sein. Auf diese Weise ist eine geruchlose vollständige Verbrennung des feuchten Abfallmaterials erzielbar. Der günstigste Wirkungsgrad eines solchen Verbrennungsbetriebes hängt jedoch weiter von der Erzielung der Verbrennung des organischen Abfalls innerhalb der Grenzen der Masse aus inertem Wirbelschichtmaterial ab, und daraus ergibt sich die Aufgabe, die Nach-Verbrennung von Abfallmaterial bzw. dessen Destillationsgasen, die im freien Raum oberhalb der Wirbelschicht auftreten können, möglichst weit herabzusetzen oder ganz auszuschalten.

909839/0577

Gemäss der Erfindung wird die Nachverbrennung dadurch weitgehend herabgesetzt, dass man das sehr feuchte Abfallmaterial stark verdichtet in die untere Zone der Masse aus Wirbelscbichtmaterial in der Verbrennungskammer einschneckt. Der Abfall wird also von einer Verdichtung^- und Einspeisschnecke in die Wirbelschicht in Form von Pfropfen oder Klumpen eingebracht, die auf eine Dichte ungefähr gleich der Dichte der umgebenden Masse aus Wirbelschichtmaterial oder höher als diese ist. Die Einspeisschnecke ragt daher durch die Wand der Verbrennungskammer auf einer Höhe genügend tief unterhalb der Wirbelschichtoberfläche, um das verdichtete Material zerfallen, darin enthaltenes Wasser verdampfen und auf Verbrennungstemperatur überhitzen und verbrennbare Bestandteile innerhalb der Wirbelschicht verbrennen zu lassen.

Es ergeben sich Schwierigkeiten, wenn aus praktischen oder wirtschaftlichen Gründen der Betrieb der Verbrennungsanlage intermittierend arbeiten muss, wie z.B. in gewissen Abwasserbehandlungsanlagen. Wenn bei intermittierendem Betrieb einer solchen Verbrennungsanlage die Luftzufuhr und die Einspeisung von entwässertem Abwasserschlamm unterbrochen worden sind und das inerte gekörnte Material sich auf dem Lochboden abgelagert hat, so zeigt sich selbst nach einigen Stunden Unterbreciiung, dass der dann noch in dem abgelagerten inerten Material verfügbare Wärmevorrat unmittelbar zum Wiederanlassen des Verbrennungsvorganges ausreichend ist. Während Abscheidperioden beeinträchtigt jedoch die intensive Wärmestrahlung aus der Sandschicht den Restteil an feuchtem Abfallmaterial am Austragende der Einspeisschnecke, so dass dieser Teil in eine verkokte und harte

909839/05 7 7

Masse umgewandelt wird, die den Wiederanlauf der Einspeisschnecke blockiert.

Die Erfindung sieht daher eine mit einer Einspeisschnecke ausgerüstete Verbrennungsanlage für feuchten Abfall vor, die in solcher Weise betrieben werden kann, dass in der Schnecke verbliebener fruchter Abfall durch die Wärme nicht schädlich beeinflusst wird, während gleichzeitig eine wirksame Gasdruckabdichtung vorgesehen wird.

Gemäss einer Ausführungsform kann daher nach Abschaltung der Anlage die Einspeisvorrichtung zurückgezogen werden, so dass das Schneckenmundstück und der darin enthaltene Materialrest genügend weit von den Wärmeeinflussen zurückgezogen werden, obgleich man die Abdichtung mit der Wand der Verbrennungskammer aufrecht erhält.

Gemäss einer anderen Ausführungsform, bei der die Einspeisschnecke nach einer Abschaltung an iltrem Ort verbleibt, wird der verbliebene Rest an verdichtetem Material ausgestossen, während ein verdichteter Restanteil des Materials in der Einspeisvorrichtung als Gasdruckabdichtung wirksam bleibt.

Ferner sieht die Erfindung Einrichtungen vor, um einen Volumenanstieg des Aufströmgases infolge Expansion von Feuchtigkeit aus dem Schlamm während der Gasaufströmung vom Lochboden durch die Masse der heissen Wirbelschicht auszugleichen. Um einen richtigen Wirbelschichtzustand des Kornmaterials in der ganzen Schicht aufrecht zu erhalten, soll die Aufströmgasgeschwindig-

909839/0577

keit beim Durchgang durch, die Schicht ungefähr gleichmässig sein. Da die Schlammfeuchtigkeit nach der Verdampfung einen wesentlichen Anteil des Gasvolumens ausmacht, ist es notwendig, di*e Wirbelschichtdimensionen im Verhältnis zum Anstieg an Verbrennungsgasen zu modifizieren,, Nimmt man an, dass die Verdampfung durch die ganze Wirbelschicht geleichmässig ist, so nimmt der Anteil der Verbrennungskammer, der die Wirbelschicht enthält, nach oben zu.

Andere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden B e s ehre i bung.

Da die Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, ist die dargestellte Ausführungsform nur im erläuternden Sinne zu verstehen.

Fig. 1 ist ein Fliessbild einer Abwasserbehandlungsanlage nach

die

der Erfin-dung, bei der/Verbrennungsanlage mit entwässertem Abwasserschlamm mittels einer Förderschnecke zugespeist wird, die das feuchte Abfallmaterial zu Pfropfen zusammenpresst.

Fig. 2 ist ein grösserer senkrechter Schnitt durch die Verbrennung sanlage mit dem Merkmal einer zusammen mit ihrem Kraftantrieb zurückziehbaren Einspeisschnecke.

Fig. 2a zeigt eine bauliche Einzelheit des Lochbodens in dem Verbrennungsofen.

9 0 9839/0577

Fig. 3 ist eine stark vergrösserte Einzelansicht der Einspeisschnecke der Fig. 2 in vorgeschobener Stellung zur Abgabe verdichteten Abfalls in die Verbrennungskammer in Form von ausgepressten Pfropfen.

Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, jedoch mit zurückgezogener Auspresseinrichtung während der Abschaltung der Anlage.

Fig. 4a zeigt im Längsschnitt eine Einzelheit des Abgabeendes der Einspeisschnecke für die Unterteilung der Presspfropfen.

Fig. 4b ist eine Stirnansicht zu Fig. 4a.

Fig. 5 bis 8 erläutern die Zusammenarbeit zwischen der zurückziehbaren Einspeiseinrichtung und der ortsfesten Zuführeinrichtung hierfür.

Fig. 9 erläutert eine andere Form der Abfalleinspeisung, wie sie in Fig. 5 bis 8 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung mit dem Merkmal einer ortsfesten Einspeisschnecke, die
einen Pfropfen pneumatisch ausstösst.

Fig. 11 zeigt in einer Einzelansicht die Einspeisschnecke der Fig. 10 bei ausgestossenem Pfropfen.

Fig. 12 ist eine vergrösserte Teilansicht des Lochbodens.

909839/0577

Das Fliessbild der Fig. 1 erläutert die Erfindung in Verbindung mit der Abwasserbehandlung, wobei die endgültige Beseitigung der organischen Abwasserfeststoffe durch Verbrennung erfolgt. Rohabwasser tritt durch Leitung 10.in ein kontinuierlich arbeitendes übliches Klärbecken 10a ein, von wo Abwasseriiberstandsflüssigkeit durch Leitung 11 zur weiteren Aufarbeitung in bekannter Weise überfliesst, während Rohschlamm sich am Beckenboden absetzt, wo er von dem Krälwerk 12 erfasst und kontinuierlich einer zentrischen Austragöffnung zugebracht wird. Der anfallende verdünnte Schlamm geht durch Leitung 13 aus dem Becken zur weiteren Eindickung in ein kontinuierlich arbeitendes Bindickbecken 14, wo der Schlamm mit einem drehbaren Rechenwerk 15 bearbeitet wird, um am Boden durch Leitung 15a auszutreten, während Überstandsflüssigkeit durch Leitung 16 abfliesst.

Der so eingedickte Schlamm wird dann im wesentlichen kontinuierlich beispielsweise durch eine Saugpumpe 17 durch Leitung 18 zu einer kontinuierlich arbeitenden Entwässerungseinrichtung z.B. einer Zentrifuge 19 mit geschlossener Trommel an sich bekannter Art gepumpt, die den Schlamm auf einen Feststoffgehalt von beispielsweise etwa 25 bis 35 % entwässert.. Statt dessen kann als Entwässerungseinrichtung auch ein kontinuierlich arbeitendes Trommelfilter ebenfalls bekannter Art verwendet werden.

Der am engen Ende der Zentrifugentrommel 19 abgegebene Kuchen stellt den sehr feuchten Abfall dar, der gemäss der Erfindung

909839/0577

unmittelbar verbrannt werden soll, während die aus der Zentrifuge überfliessende Lauge von dem weiten Trommelende durch. Leitung 21 zur Rohabwasserleitung befördert wird. Hierbei kann sie die Überstandsflüssigkeit vom Eindicker lh aus Leitung 16 aufnehmen.

Das von der ^Zentrifuge abgegebene feuchte Abfallmaterial kann zum unteren Ende eines schrägen Schneckenförderers 22 herabsinken, der das Material an seinem oberen Ende an die Verbrennungsanlage 23 abgibt. Ein Gebläse 24 schickt Verbrennungsluft in den Windkasten 25 der Verbrennungsanlage. Von hier geht die Luft aufwärts durch den Loehboden 26 in die Verbrennungskammer 27· Für die Zwecke der Erfindung wird auf diesem Lochboden ein Vorrat an inertem Kornmaterial 28 mit Wärmespeicherungs- und · Wärmestrahlungsfähigkeit aufrechterhalten· Dieses Kornmaterial von geeigneter Körnung,ζ·Β. Sand»,wird durch die vom Lochboden eintretende Verbrennungsluft in Wirbelschichtzustand gehalten. Oberhalb der Wirbelschichtmasse befindet sich der freie Kaum 27a.

Das stark feuchte Äbf al !material geht von d*er schrägen Förder-! Schnecke durch eine, senkrechte Verbindung28a zu einer Strangpresse, die ZtB, eine Förderechnecice 29 aufweist und' fortlaufend einen pfropfen dieses Abfallmateriais itt die inerte Wirbeischich,tnia,sse schickt,· Letztere wird im wesentlichen dürcii die Verbrennung des organischen Stoffes im Jlbfall auf geeigneter ■· Verbrennungstemperat.ur gehalten* . -. _; ... .

*· ο —■

9O0839/OS77

' ' UJCFCCTED

In der Verbrennungskammer wird vom Luftgebläse ein ausreichender Gasdruck erzeugt, um den Sand im Wirbelschichtzustand zu halten und ausserdem die Abgase durch einen Wäscher 30 oder ein sonstiges Staubabscheidegerät zu schicken. Der Windkasten der Verbrennungsanlage ist mit einem Brennstoffbrenner 31 versehen, um die Verbrennungskammer vorzuheizen und Hilfsbrennstoff für die Aufrechterhaltung einer erforderlichen Verbrennungstemperatur in der Wirbelschicht zur Verfugung zu stellen. Ein Temperaturanzeiger 32 misst die Verbrennungstemperatur in der Wirbelschichtmasse, und ein Analysator 23 zeigt den Sauerstoff überschuss in den Verbrennungsgasen an. Die Betriebsweise des Gaswäschers 30 ist bekannt. Abschreckwasser wird durch Leitung 30a, Waschwasser durch Leitung 30b zugeführt, und verbrauchtes Waschwasser mit aufgefangenen Staubteilchen tritt durch Leitung 30c aus, während die gewaschenen Gase durch den Kamin 30d in die Luft entweichen.

Die stark vergrösserte Ansicht des Verbrennungsofens in Fig. stellt eine der Ausführungsformen der Erfindung dar, bei der die Verbrennungsanlage selbst mit einer zurückziehbaren Druckeinspeisschnecke oder einem Schneckenförderer zur Einführung von sehr feuchtem Schlamm in die Verbrennungskammer verbunden ist. Im normalen Betrieb befindet sich die Einspeisschnecke in der vorgeschobenen Stellung und gibt ständig verdichteten feuchten Abfall in die Verbrennungskammer in Form von Klumpen oder Pfropfen ab. Nach einer Betriebsabschaltung aber wird die Jüinspeisschnecke genügend weit zurückgezogen, um ihr Abgabeende mit darin enthaltenem verdichteten Material von dem

909839/0577 "

direkten schädlichen Einfluss der Wärme zu entfernen, die noch in der Verbrennungskammer herrscht und in der Masse heisser inerter Körner veitgehend, gespeichert wird. Gleichzeitig aber wird die Abdichtung zwischen der Einspeisschnecke und der Wand der Verbrennungskammer aufrechterhalten·

Gemäss der Ausführungsform der Fig. 2 hat der Verbrennungsofen 3k Ähnlichkeit mit einem Turm, der einen äusseren zylindrischen Stahlmantel 35 und eine Auskleidung 36 aus feuerfestem Material oder dergleichen geeigneter Dicke aufweist, um den Verbrennungstemperaturen standzuhalten und gleichzeitig eine Wärmeisolierung für den Mantel zu bilden. Am oberen Ende ist der Verbrennungsofen an einen Kamin angeschlossen. Der Lochboden 37 besteht aus geeignetem feuerfesten. Material und unterteilt den Turm in einen Windkasten 35 und die demgegenüber weit höhere Verbrennungskammer 39· Xn dem Lochboden sind Gaskanäle kO gleichmassig verteilt. Jeder Gaskanal hat eine Verteilerkappe 4i oder dergleichen, wi· sie in Fig. 2a dargestellt ist. Diese lässt Auf strömgas oder Luft nach oben durchtreten, verhindert aber das Eindicken von Teilchen aus der Verbrennungskammer durch den Lochboden, wenn die Luftzufuhr abgestellt wird. Der Vorrat an inerten Körnern oder Sand kz wird im expandierten oder Wirbei schicht zustand gehalten, während der Raum 43 darüber frei ist. Nach Abstellung der Luftzufuhr würde sich aber diese expandierte Schicht auf etwa zwei Drittel ihrer Tiefe auf dem Lochboden absetzen·

- 11 -

909839/0577

Eine regelbare luftzufuhr erfolgt durch Leitung 44» und ein Hilfe- oder Anlaßbrenner 45 besitzt einen Brennstöffanschluß 45a, einen Anschluß für erste Verbrennungsluft 45b und einen Anschluß für sekundäre Verbrennungsluft bei 45c. Der Gasdruck ^; in verschiedenen Zonen oder Abschnitten der Verbrennungskammer kann durch Anbringung von Manometern an geeigneten Stellen, z.B. ein Manoaeter 46 in der Verbrennungszone der Wirbelschicht und ein Manometer 47 in dem freien Eaum darüber, ermittelt werden. Sin Stutzen 48 kann geöffnet werden, um den Sandvorrat zu ergänzen. Ein Theraoeleaent 49 dient zur Anzeige der Verbrennungsteaperatur in der Wirbelschicht, In letzterer sind zeichnerisch einige Klumpen von verdichtetem feuchten Abfall in verschiedenen Zerfalls-, Zerkleinerungs- und Verbrennungsstufen dargestellt. Bei einer Ausfuhrungsforn wird das verdichtete Material in die Schicht Mittels Auspressung aus einer zurückziehbar en Einspeiaschnecke nebst Zubehör eingebracht, und diese Aueführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3MLg; 2 j 3, 4, 4a und 4b naher beschrieben.

Sine Einspeisschneckenpresse 50 ist auf einen fahrbaren Gestell 51 gelagert» das auf den Schienen 52 gegenüber des Verbrennungsofen hin und her beweglich ist. Sie Welle der Schnecke 53 wird über einen Motor 54 nut fieduaiergetriebe angetrieben, der ebenfalle auf de» Wagen gelagert ist. Durch das Bandrad 55 kann das Reduziergetriebe zur Veränderung der Geschwindigkeit betätigt werden. -.

909839/0577

Wie besondere aus Fig. 3» 4» 4a und 4b ersichtlich ist, ist die Preßschnecke drehbar in einen Gehäuse 56 gelagert, das einen ersten geraden Abschnitt 57 mit einem aufwärts gerichteten Hals 58 zur Aufnahme feuohten Rohmaterials, einen kegelstumpfförmigen mittleren Abschnitt 59 und einen geraden rohrförmigen Abgabeabschnitt 60 umfaßt. Die drei Abschnitte sind durch Flanschen miteinander verbunden. Die Preßschnecke hat ein spiralförmiges Vorderblatt 60a verschiedenen Durchmessers entsprechend den Dimensionen der verschiedenen Gehäuseabschnitte. Der äußere Endteil der Schneckenwelle ruht in einem Lager 61, während das andere Wellenende selbst durch das Vorderblatt innerhalb des rohrförmigen Abgabeabeohnittes 60 getragen wird. Sine Scheibe 62 ist am äußersten Ende der Welle gelagert und · wird durch einen Keilriemen 65 oder dergleichen von dem schon erwähnten Motor mit Reduziergetriebe angetrieben.

Der rohrförmige Abgabeabschnitt 60 der Einspeisstrangschnecke ist in einer Buchse 64 gleitbar, die in dem Stahlmantel des Verbrennungsofens gelagert ist. Diese Buchse wird von einem Rohrstück 65 aus feuerfestem Material umgeben, das in die feuerfeste Auskleidung 36 einzementiert ist und die Abgabeeinrichtung gegen die Wärme aus der Verbrennungskammer abschirmt, besonders wenn die Einspeieeinrichtung sich in lim F?g. 4 gezeigten zurückgezogenen Stellung befindet. Der rohrförmige Abschnitt der Einspeisschnecke kann mit Einrichtungen zur Materialzerteilung versehen sein. Bei einer Ausführungsform hat der Rohrabschnitt im Innern mehrere radial gestellte Schneidblätter 65a, deren

- 13 -909 839/0577

Anordnung aus Pig. 4a und 4b deutlich ersichtlich ist. Biese Schneiden ngen unterteilen das bei der Strangpressung verdichtete Material, wenn es aus der Schnecke austritt. Die Unterteilung des Pfropfens auf diese Weise ist besonders günstig, wenn die hohe Leistung der Haschine einen großen Pfropfendurchmesser verlangt. Die Unterteilung dieses dicken Pfropfens ergibt eine bessere Materialverteilung innerhalb der unteren Zone der Wirbelschichtmasse und steuert ausgleichend die Zerfallsgeschwindigkeit· Sie dreieckige Gestalt der Schneidklingen bringt auch Hadern w&& oder Lumpen zusammen mit dem unterteilten Pfropfen zur Auspressung, ohne daß sich eine Verstopfung ergibt. Da die Einspeiseinrichtung hin und her bewegbar ist, kann der Hals 58 an den schrägen ortsfesten Schneckenförderer 46 angeschlossen und hiervon abgeschaltet werden. Der Schneckenförderer besitzt an seinem oberen Ende einen abwärts gerichteten Austrägst», tzen 67, der mit der Einspeisechnecke zusammen arbeitet, während am unteren Ende ein aufwärts gerichteter Einlaßstutzen 68 zur Aufnahme des Konzentrates oder feuchten Kuchens von entwässertem Schlamm aus der Trommel der Zentrifuge 19 vorgesehen ist (siehe Pig. 1). Ein Antriebsmotor 69 für den Schneckenförderer ist auf dem oberen Ende gelagert.

Fig. 3 z-eigt die Einspeisschneclce in vorgeschobener Stellung, so daß ihr Stutzen 58 sich mit dem Stutzen 67 der Fördereinrichtung deckt. In Fig. 4 ist jedoch die Einspeisschnecke zurückgezogen, und der Stutzen 67 ist durch eine Hatte 70 abgeschlossen; die am Stutzen der Einspeisschnecke starr befestigt ist.

- 14 -909839/0517

Bei einer anderen Ausführungsform nach Fig. 5-8 besitzt das Einspeisschneckengehäuse einen Einlaflstutzen 58a, der aus zwei konvergierenden Seiten 58b und 58c einer kürzeren Querwand 58d und einer längeren Querwand 58c gebildet 1st. Ein aufragender Kantenteil 58f erstreckt sich lange der kurzen Querwand 58d und von hier längs der divergierenden Seltenwände 58b und 58c in Richtung zur breiteren Querwand 58e, von wo die Kantenwände parallel zueinander längs der Seiten der waagerechten Platte 58g verlaufen^die an dem Stutzen 58 a angebracht ist. In vorgeschobener Stellung der Einspeisschnecke greift der Stutzen 67a des Förderers bei den konvergierenden Seitenwänden und Querwänden entsprechend der Gestaltung abdichtend an der Auskleidung 58h an, die aus Schwammgummi oder dergleichen gefertigt und ah den Kantenteilen 58f befestigt ist, während eine elastische Lippe 58i am Stutzen 87a die längeren Querwände gegeneinander abdichtet.

Wenn die Einspeisschnecke gemaS Fig. 7 und 8 zurückgezogen ist, liegt der Stutzen 67a der Platte 58 g zwar in einem kleinen Abstand b*gegenüber, hält aber wirksam restliches Material in dem abwärts gerichteten Stutzen 67a zurück· Wenn dagegen die Einapeissohnecke vorgeschoben wird, so säubert die Lippe 581 die Platte 58g von jeglichem Rückstand.

Bei noch einer anderen Aueführungsform nach Fig. 9 kann der abwärts gerichtete Stutzen 67b von Abfallmaterial leerlaufen, bevor die Einspeisschneoke zurückgezogen wird. Zu diesem Zeitpunkt trennen sich die winklig angeordneten Flanschen F-1 und F-2 der

909839/0577

- 15 -

zusammenwirkenden Stutzen wie strichpunktiert dargestellt ist» Wenn die Einspeieschnecke wieder vorgeschoben wird, fließen die Schrägflanschen wieder gegeneinander ab, wobei vorzugsweise ein Dichtungsring E eingelegt ist·

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 besitzt der Verbrennungsofen einen senkrechten Mantel 71» worin eine Stahlplatte 12. auf Konsolen 73 querliegend angeordnet ist; die Konsolen sind an der Innenseite dee Hantele befestigt. Diese Stahlplatte trägt wiederum eine Schicht 74 aus geeignetem Isoliermaterial, das von einer Schicht 75 aus feuerfestem Material überlagert ist. Diese Kombination stellt den Loohboden 76 dar, der in geeigneter Weise mit Luftkanälen 77 für die Auftromluft versehen ist. Wie Fig. 12 im einseinen seigt, weisen diese Luftkanäle Löcher 78 in der Stahlplatte 72 auf, und an jedem Loch ist ein aufragender Stutzen 78a befestigt, in den der Hals einer Kappe 79 eingeschraubt ist. Diese dient zur Einblasung der Aufströmluft in die Verbrennungskammer, während sie Feststoffe daran hindert, aus der Kammer 80 au entweichen.

Der Lochboden befindet sich in einem Abstand S über dem Bodenende des Mantels, um so einen Windkaeten 81 zu bilden und einen Zugang für den Loohboden »u schaffen. Der Windkasten hat einen Anschluß 82 für verdichtete Verbrennungsluft. Die Verbrennungskammer 80 let in ähnlicher Weise mit einer Isolierschicht 83 und einer Schicht aus feuerfestem Material 84 ausgekleidet, um den Verbrennungstemperaturen su widerstehen. Ein Auslaß 85 am oberen Ende der Verbrennungskammer führt zu einem Kamin. Bei dieser Aueführungsform ist der untere Seil der Verbrennungskammer, d.h.

909839/0577

- 16 -

etwa ein Drittel der Gesamthöhe mit einem sich nach unten allmählich verengenden Querschnitt ausgestaltet. Mit anderen Worten hat dieser untere leil der Verbrennungskammer umgekehrte Kegelstumpfgestalt mit dem kleinsten Durchmesser D-1 am Boden und größten Durchmesser D-2 an der Oberseite. Dieser untere G?eil der Verbrennungkammer enthält den Vorrat an granulierten Wärmetragern, der hier in expandiertem Wirbelschichtzustand von der Höhe H-1 dargestellt ist. Der darüber liegende freie Baum hat die Höhe H-2. Sie Einspeisschnecke nach Pig. 10 - 12 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1-9 insofern,als sie unbeweglich an den Mantel angeschlossen ist, jedoch Einrichtungen zum Ausstoßen eines Pfropfens ¹Wn verdichtendem Material aus dem Abgabeende der Einspeisschnecke besitzt, während das übrige verdichtete Material darin als Druckabdichtung in genügendem Abstand von den Einflüssen der Speicherwärme wirkt ,JIn dem Vorrat an inerten Körnern noch enthalten ist. Die Einspeisschnecke ist hier nur in einem Bruchstück gezeigt. Sie besitzt ein rohrförmiges Abgabeende 86, das mit Flanschen 87 am Mantel angeschlossen ist. Dieser rohrförmige Abgabeteil ragt durch die Wand der Verbrennungskammer und endet auf einem kurzen Abstand X in dessen Inneren. Die Einspeisschnecke 88 endet auf einem Abstand P vom freian Inäe des rohrförmigen Teils, so daß dieser beim Vorgang der Strangverpressung mit einem Stopfen verdichteten Materials ausgefüllt wird,

Wenn der Betrieb der Verbrennungsanlage unterbrochen wird, d.h. die Zufuhr von Verbrennungsluft unter Druck in den Windkasten

9 0 9 8 3 9/0577

- 17 -

aufhört und der Umlauf der Förderschnecke 87 unterbrochen wird, dann wird gemäß dieser beispielsweisen Ausführungsform ein komprimierter Luft- oder Dampfstromanschluß 89 durch Betätigung des Ventils 90 so weit geöffnet, daß der Materialpfropfen aus dem rohrförmigen Abgabeteil in die noch vorhandene Wirbelschicht aus heißem Sand ausgestoßen wird. Dieser Ausstjtoß kann kurz vor Abschitung der Verbrennungsanlage erfolgen. Der Rest an verdichtetem Material, der von der Einspeisschnecke in dieser Vorrichtung zurückgehalten wird, liegt dann in sicherer Entfernung des Abstandes F von den Einflüssen des Wärme spei eher s in dem Sand.

Die Verbrennungskammer ist hier mit einem Anschluß 91 für die Zugabe von Sand und einem Austraganschluß 92 versehen, der zu benutzen ist, falls die Sandschicht entfernt werden soll. Ein Hilfebrenner 93 ist in der Wand der Verbrennungskammer gelagert. Er dient hauptsächlich zum Anlassen der Verbrennungsanlage, während er die Wirbelschicht aus Sand auf Verbrennungstemperaturen bringt. Ein Mannloch 94 gestattet den Zutritt zur Verbrennungskammer, nachdem die Füllung 95 aus feuerfestem Material daraus entfernt ist.

E_ ist besonders hervorzuheben, dfi gemäß der Erfindung dfe Verbrennung von feuchtem Abfall in der Masse aue heißen inerten Körnern so gesteuert werden soll, daß die Destillationsgase aus den organischen Stoffen sowfe der im Abfallmaterial enthaltene gebundene Kohlenstoff durch die Verbrennung innerhalb der Wirbel-

909839/0577 - is -

schicht verbraucht werden soll, damit die gewünschte hohe Verbrennungstour entwickelt und aufrecht erhalten werden kann. Eine Nachverbrennung im freien Baum oberhalb der Wirbelschicht soll soweit wie möglich verhindert werden, da sonst die Temperatur in der Wirbelschicht sinken könnte. Dieser Zustand wird von der Erfindung annähernd erreicht, indem man die oben beschriebene Strangpreßeinrichtung in solcher Weise verwendet, daß der feuchte Abfall kontinuierlich verdichtet und in die Masse der heißen Sandwirbelschicht in Form von Schnitzeln oder Pfropfen von einer Dichte ausgesehneckt wird, die im wesentlichen gleich oder größer ist als die Dichte der Masse von aufgewirbeltem Sand, dessen Gewicht etwa 1050 kg/m⁵ (65 Pfund je Kubikfuß) beträgt.

Indem man die Pfropfen aus Abfallmaterial beim Auspreßvorgang zur Zerteilung bringt, z.B. mittels der oben beschriebenen Schneidklingen, kann man die anschließende Verteilung und Aufbrechung oder Zerkleinerung des verdichteten und zusammenhängenden Materials in der Bodenzone der Wirbelschicht und zwar vorzugsweise in Verbindung mit gewissen Kontrollen der Raumgeschwindigkeiten des Aufströmgases steuern. Diese Baumgeschwindigkeit ist definiert als die Geschwindigkeit der aufsteigenden Gase unter der Annahme, daß der betreffende !Ceil der Verbrennungskammer nicht von dem aufzuströmenden Material eingenommen ist. Die Raumgeschwindigkeit wird also wie folgt ausgedrückt :

in IM/Sekunde =

in Quadratfuß 909839/0577

Obleich natürlich der Zerfall und die Zerkleinerung oder Dispergierung vor der eigentlichen Verbrennung eintreten müssen, treten die anschließenden Einflüsse auf das Material bei der Durchführung der Erfindung·ebenfalls auf. Mit anderen Worten: Bevor Verbrennung eintreten kann, muß Feuchtigkeit verdampft werden,und dies setzt wiederum die Dichte der Pfropfen herab. Dadurch wandert Abfallmaterial aufwärts dueh die Wirbelschichtmasse, verliert hierbei Feuchtigkeit und zerfällt bei ihrem Aufstieg. Es ist deshalb notwendig, daß die Schicht eine solche Tiefe hat, daß Feuchtigkeitsverdampfung, Destillation flüchtiger organischer Stoffe und schließlich Verbrennung der Destillate und des festen Kohlenstoffes innerhalb der Wirbelschichtmasse vor sich geht, wenn die gewünschte Verbrennungstemperatur wirtschaftlich aufrecht erhalten werden soll. Da die Feuchtigkeit jedoch bei ihrem Aufstieg aus den Feststoffen in Verdampfung befindlich ist; st* VjI; entsprechend das wirksame Gesamtvolumen deο aufströmenden Gases an. Damit die gewünschte Haumgeschwindigkeit über die ganze Wirbelschichtmasse aufrecht erhalten wird, urafIerbrochene Material inmitten des aufgeströmten Materials in Suspension zu halten, sieht die Erfindung vor, daß der Querschnitt desjenigen Seiles der Verbrennungskammer , der die Masse aus Wirbelschicht-material enthält, sich aufwärts allmählich in solcher Weise erweitert, daß eine praktisch konstante Haumgeschwindigkeit über die ganse Wirbelschichttiefe aufrecht erhalten wird.

Bei der Durchführung der Erfindung werden jedoch sowohl die Destillationsgase als auch der feste Kohlenstoff unmittelbar

909839/0577 _RAn . ._a

BAD ua,GiNAL

mit der erforderlichen Menge Verbrennungsluft vermischt und durch Verbrennung zerstört, bevor sie den freien Raum über der Wirbelschicht erreichen. Dies läßt sich am besten durch eine Kombination von Maßnahmen erzielen, die darin besteht, daß man das verdichtete feuchte Abfallmaterial in der unteren Zone der Wirbelschichtmasse aus inerten Körnern im vorerwähnten Dichtigkeitszustand und mit dem genannten Zerteilungszustand einschneckt. Außerdem ist die Ausgestaltung desjenigen Teiles der Verbrennungskammer,der von der Wirbelschichtmasse eingenommen wird, der Art, daß Haumgeschwindigkeiten für die Aufströmgase eingestellt werden, durch welche die anfänglichen Klumpen von eingeechnecktem Material derart in Suspension gehalten werden, daß sie aufgebrochen und in der unteren Zone zerteilt werden und beim Aufsteigen durch eine angemessene Tiefe aus Wirbelschichtmaterial schließlich zu überhitzten Dämpfen und inerten Verbrennungsgasen umgewandelt werden, bevor sie den freien Raum erreichen, aus dem die Gase und Dämpfe zum Kamin entweichen können und nur Aschenreste und inertes Feingut mitnehmen.

Durch Verwendung geeignet gekörnten inerten Kornmaterials oder Sandes läßt sich die Verbrennungsanlage innerhalb eines Bereiches von Raumgeschwindigkeiten für die Aufströmgase betreiben, die für den VerbrennungsVorgang nach der Erfindung geeignet sind. Um jedoch gleichförmige Wirbelachichtbedingungen einzustellen, ist es am besten, eine Raumgeschwindigkeit an der Oberseite gleich oder niedriger

909839/0577 - 21 -

als die Saumgeschwindigkeit am Boden der Wirbelschichtmasse einzustellen. Ferner sollen die Baumgeschwindigkeiten am Boden nicht übermäßig sein, um so unerwünschte Erscheinungen, wie das Stoßen des Sandes in den freien Baum hinein, bzw. Kanalbildung in der Wirbelschichtmasse auszuschalten.

Das Verhältnis der Durchmesser D-1 zu D-2 wird so gewährt, daß den oben angegebenen ERfordernissen für die Baumgeschwindigkeit entsprochen wird. Wenn jedoch ein wesentlicher Wechsel im Feuchtigkeitsgehalt der ausgepressten verdichteten Strangmasse auftritt, kann das Durohmesserverhältnis eine entsprechende Veränderung erfordern. Bei einem Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von etwa 50 bis etwa 80 # ,liegt ein brauchbarer Bereich von D-1 zu D-2 bei etwa o,65 bis etwa 0,85. Dieser liefert Raumgeschwindigkeiten an den oben angegebenen Höhen in folgenden brauchbaren Bereichen:

5. Für L-1 sind die Baumgeschwindigkeiten B-5 etwa 2,6 bis etwa 4,0 Fuß/Sek.

6. Für L-2 sind die Baumge3chwin.digkeiten R-6 etwa 2,4 bis etwa 3,75 Fuß/Sek.

7. Für L-3 sind die Raumgeschwindigkeiten R-7 etwa 2,2 bis etwa 3,5 Fuß/Sek.

8. Für L-4 sind die Eaumge3chwindigkeiten B-S etwa 2,0 bis etwa 3,25 Fuß/Sek.

Natürlich können die oben beschriebenen einzelnen Elemente oder einige von ihnen auch wertvolle Verwendung in Systemen

909 8 39/05 7 7

- 22 -

finden» die sich von den oben beschriebenen unterscheiden· Die dargestellten Ausführungsformen erläutern ein System für die Beseitigung von Abwasserschlamm durch Verbrennung, jedoch können verschiedenerlei Abänderungen baulicher wie betrieblicher Art vorgenommen werden.

909839/0577

Claims

Patentansprüche

1. Verbrennungsanlage für die Verbrennung von organischem Abfall hohen Feuchtigkeitsgehaltes in einer Wirbelschicht kammer mit einem Lochboden, der die Vorrichtung in eine Verbrennungskammer und einen Windkasten unterteilt, dadurch gegenzeichnet, daß die Kammer einen Vorrat an inerten Granalien von Wäremspeicherungs- und Wärmestrahlungsfähigkeit enthält, dem aus dem Windkasten Verbrennungsluft unter Druck zur Aufrecht erhaltung eines Wirbelschichtzustandee zugeführt wird, und eine Vorrichtung zur Verdichtung und Einschneckung des stark feuchten Abfalls durch die Wand der Verbrennungskammer unmittelbar in die Wirbelschicht vorgesehen ist, die durch die Kammerwand auf einer Höhe in wesentlichem Abstand unter dem Spiegel der Wirbelschicht ragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisschnecke auf einer Höhe genügend tief unter der Wirbelschichtoberfläche liegt, daS die Verdampfung des Wassers aus dem Material die Überhitzung dea Materials auf Verbrennungstemperatur und die Verbrennung der brennbaren Bestandteile sämtlich im wesentlichen in der Wirbelschicht vor sich gehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Abgabeteil der Einspeisschneeke mit Schneiden 909839/0577

zur Unterteilung des ausgepreßten Strangmaterials versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch radial angeordnete Scheidklingen·

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer einen sich nach unten verengenden unteren Teil zur Aufnahme des gekörnten Materials "besitzt, so daß eine eingeschnürte Zone mit breiterer Oberseite als am Boden entsprechend er Volumenzunahme des Aufströmgases für die Aufreohterhaltung des gekörnten Materials im Wirbelschichtzustand gebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Abfallmaterial in der Strangpresse gegen übermäßige Einflüsse der im Kornmaterial und im Inneren der Verbrennungskammer gespeicherten Wärme während Unterbrechungsperioden des Verbrennungsbetriebes geschützt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisschnecke auf einem gegenüber der Verbrennungskammer hin und her beweglichen Gestell gelagert ist, wodurch der Abgabeteil der Einspeisvorrichtung,der durch die Wand der Verbrennungskammer ragt, gegenüber dieser vor und zurück

, gezogen werden kann.

909839/0577 -^-

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine ortsfeste Zufuhrleitung für das sehr feuchte Abfallmaterial zum Einlaßende der Einspeisschnecke, wobei die leitung und das Einlaßende parallele Endflächen mit eich im wesentlichen deckenden Öffnungen haben.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung bei zurückgezogener Einspeisschnecke verschlossen ist und die Zufuhrverbindung bei Vorschub der Einspeisschnecke wieder hergestellt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Endflächen in waagerechten Ebenen liegen und eine waagerechte Verschlußplatte an das Einlaßende der Strangpresse als Verschluß für die Zufuhrleitung bei zurückgezogener Einspeisschnecke angesetzt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine querliegende Dichtungsrippe an der Zufuhrleitung, die mit der Verschlußplatte zusammenwirkt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Endflächen im wesentlichen waagerecht liegen un-d die Austragöffnung der Zufuhrleitung mit konvergierenden Seitentankteilen und die Einlaßöffnung der Strangpresseneinrichtung mit entsprechend konvergierenden komplementären KaniTtenteilen ausgebildet sind, die an den Seitenteilen

909839/0577

- 26 -

- 26 angreifen, wenn die Strangpresse vorgeschoben ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisschnecke mit einer regelbaren Einrichtung zum Ausstoß verdichteten Abfallmaterials in die Verbrennungskammer aus dem Abgabeendteil bei Betriebsunterbrechungen eingerichtet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßvorrichtung durch ein verdichtetes gasförmiges oder flüssiges Mittel betätigt wird.

15· Verfahren zur Beseitigung sehr feuchten organischen Abfalls durch Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Verbrennungskammer eine Masse aus heißen inerten Körnern von Wärmespeicherungs- und Wärmestrahlungsfähigkeit vorgesehen, in diese inerte Teilchenmasse durch eine Lochplatte ein Aufstrom von Verbrennungsgas zur Bildung einer Wirbelschicht in heißem Zustande eingeleitet und kontinuierlich stark feuchter Abfal^dn die Wirbelschichtmasse eingeführt wird, indem der Abfall kontinuierlich verdichtet und in die Wirbelschichtmasse durch die Wand der Verbrennungskammer auf einer Höhe in wesentlichem Abstand unterhalb des Wirbelschichtspiegels eingeschneckt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialeinfühmmg genügend tief tmter der Oberfläche

- 27 909833/0577

der Wirbelschicht erfolgt, daß die Zerkleinerung des eingesehneckten Materials die Verdampfung und Überhitzung des Wassers in dem Material auf Verbrennungstemperatur und die Verbrennung der brennbaren Bestandteile de sämtlich im wesentlichen in der Wirbelschicht erfolgen.

17· Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß das feuchte Abfallmaterial auf eine Dichte praktisch gleich der Dichte der Masse aus gekörnten Wirbelschichtmaterial komprimiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

das verdichtete Material bei seiner Abgabe in die Verbrennungskammer zerteilt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß

der letzte Teil des verdichteten Materials bei Unterbrechung des Betriebes der Verbrennungskammer in diese ausgestoßen wird, während ein Restteil des verdichteten Materials an seinem Platz verbleibt.

20. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß in der Bodenzone der Wirbelschicht eine Raumgeschwindigkeit des Auftrömgasee ausreichend für die Suspendierung des ausgepreßten Abfallmaterials aufrecht erhalten wird.

- 28 9 0 9839/0577

21. Verfahren naoh Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbrennungskammer Sand in einer Wirbelschicht von etwa 1.20 m bis etwa 1.80 m Tiefe gehalten und das Abfallmaterial innerhalb des unteren Drittels der Schicht und in einer Dichte im wesentlichen gleich der des Kornmaterials im Wirbelachichtzustand eingeführt wird.

22. Verfahren naoh Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die RaumgeschwindigkeitfÄes Aufströmgases in der Wirbelsohichtmasse im wesentlichen gleichförmig und am Boden mindestens so hoch wie an der Oberseite gehalten werden.

23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumgesohwindigkeiten des Aufströmgases in der Wirbelschicht am Boden größer als an der Oberseite gehalten werden.

24. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Eaumgesohwindigkeiten des Aufströmgases auf verschiedenen Höhen der Wirbelschicht des Kornmaterials in einem Bereich von etwa 60 cm bis etwa 120 cm /Sekunde gehalten werden.

909839/0577