DE2709671C3 - Drehrohrofen zur pyrolythischen Zersetzung von Stoffen - Google Patents

Description

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Drehrohrofen zur pyrolytischen Zersetzung von Stoffen.

Die Erfindung geht aus von einem Drehrohrofen zur pyrolytischen Zersetzung von Stoffen mit einer horizontal angeordneten zylindrischen Trommel, die durch eine Antriebsvorrichtung langsam um ihre Längsachse drehbar ist und ringförmige Endplatten aufweist, welche eine Einlaßöffnung für die zu behandelnden Stoffe bzw. eine Auslaßöffnung für die bei der Zersetzung entstehenden Abgase und Zersetzungsrückstände begrenzen, mit Auffangeinrichtungen für die Abgase und die Zersetzungsrückstände und mit einem aufheizbaren Sandbett innerhalb der Trommel, das bei Drehung der Trommel als Fließbett und Wärmeträger wirkt

Ein solcher Drehrohrofen isi aus der 1951 ausgelegten deutschen Patentanmeldung ρ 33 559 D bekannt. Er dient dazu, aus Gasflammkohle-Briketts durch Schwelen unter Luftabschluß Schwelgas und Koks zu erzeugen, und verwendet zur Aufheizung des Sandbettes ein aufwendiges Pilgerschritt-Gegen- und -Gleichstromsystem mit außerhalb der Trommel angeordnetem Sanderhitzer, der teilweise durch Verbrennen von mit dem Sand mitgeführten Kohleteilchen beheizt wird.

Zum Verbrennen von Abfällen ohne Rauch-, Staub-, Ruß- oder Geruchsbildung ist aus der DE-GM 19 28 617 ein ähnlicher Drehrohrofen bekannt, der ein Füllkörperbett aus Schamottebrocken besitzt, weiche als Träger für aufgesprühte Abfallstoffe dienen. Diese Abfallstoffe müssen hier jedoch stets als Flüssigkeit vorliegen.

Zur umv/eltschonenden Abfallbeseitigung ist weiterhin aus der US-PS 38 38 015 ein Drehrohrofen bekannt, in welchem feste Abfallstoffe bei begrenzter Luftzufuhr pyrolytisch zersetzt und teilweise verbrannt werden. Diese Anordnung ist jedoch, wenn überhaupt, nur sehr schwer für längere Zeiträume ohne Schadstoffemission zu betreiben, weil niemals sichergestellt sein kann, daß an allen Stellen der Trommel ständig die für eine Pyrolyse und eine anschließende gegebenenfalls außerhalb der Trommel stattfindende vollständige Verbrennung erforderlichen Luftverhältnisse vorliegen.

Schließlich ist zu dem genannten Zweck aus der US-PS 39 39 782 ein ortsfester, unbeweglicher Ofen mit Sandbett bekannt, in welchem feuchter Schlamm auf einem Fließbett pyrolytisch zersetzt und verbrannt wird, das aus dem Sandbett durch Einblasen von Heizgasen und begrenzten Mengen Verbrennungsluft gebildet wird. Dieser Ofen ist relativ kompliziert aufgebaut und benötigt sehr viel Energie, um die Sandteilchen in dem erforderlichen Schwebezustand zu halten. Überdies ist auch hier kein einwandfreies Arbeiten über längere Zeitspannen hinweg zu erwarten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Abfallverbrennungsvorrichtung anzugeben, in der die Abfälle ebenfalls wie beim Stand der Technik zunächst in einer Art Fließbett pyrolitisch zersetzt und die dabei entstehenden Gase umweltfreundlich beseitigt werden, welche zudem wesentlich niedrigere Anschaffungs- und Betriebskosten verursacht als bekannte Fließbett-Verbrennungsvorrichtungen.

Diese Aufgabe wird bei einem Drehrohrofen dieser Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Zufuhrvorrichtung für Verbrennungsluft zu der Oberfläche des Sandbettes vorgesehen ist, daß eine Zündvorrichtung zum Aufheizen eines Teiles des Sandbettes vorhanden ist, welche nach Ingangkommen der pyrolytischen Zersetzung abschaltbar ist, und daß das Sandbett so ausgebildet ist, daß es die zu behandelnden Stoffe im wesentlichen vollständig einzubetten vermag.

Dabei ist eine nach Ingangkommen der pyrolytischen Zersetzung abschaltbare Zündvorrichtung und eine Zufuhrvorrichtung für Verbrennungsluft an sich bereits 'us der US-PS 38 38 015 bekannt.

Bei diesem Drehrohrofen nach der Erfindung ist vor allem sichergestellt, daß auch bei Luftüberschuß zunächst erst eine pyrolytische Zersetzung erfolgt, weil

die Abfallstoffe selbst ja nie oder nie lange genug mit der Verbrennungsluft in Berührung kommen, sondern erst ihre gasförmigen Zersetzungsprodukte. Diese Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß sie nicht gegen den Innendruck abgedichtet sein muß und auch keine Schleusen für die Einführung der zu behandelnden Stoffe oder die Entnahme der Verbrennungsprodukte benötigt

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem Hauptanspruch ist der Mantel der Trommel, Vorzugsweise durch nebeneinander angeordnete Rohre, als Wassermantel ausgebildet und mit einem Wassereinlaß sowie einem Dampfauslaß verbunden.

Dies hat zur Folge, daß einmal eine sehr wirksame Energierückgewinnung in Form von Dampf möglich ist und daß zum anderen die Trommel keine aufwendige hochfeuerfeste Auskleidung mehr benötigt, wodurch sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten erheblich reduziert werden.

Dabei ist eine solche Ausbildung des TrommeJmantels eines Drehrohrofens an sich bereits aus der DE-OS 17 51 269 bekannt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen, von denen die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 aus der bereits genannten DE-Anm ρ 33 559 D und diejenigen der Ansprüche 5 und 6 aus der GB-PS 14 34 880 an sich bereits bekannt sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Verbrennungsanlage mit einem Fließbett-Drehrohrofen,

Fig.2 eine Stirnansicht des Drehrohrofens gemäß F i g. 1 und

Fig.3 bis 5 geringfügig vergrößerte Querschnitte längs der Linien 3-3,4-4 und 5-5 in F i g. 1.

Fig. 1 zeigt einen Fließbett-Drehrohrofen 10 — nachstehend nur noch kurz als »Drehrohrofen« bezeichnet — mit einer Trommel 11, einer Rutsche 12 zum Zuführen der Abfälle, einer Kammer 13 zur Aufnahme von Asche und Abgas und — in schematischer Darstellung — einem Wasser-Dampf-System 14. Im Betrieb läßt man die brennbaren Abfälle einfach durch die Rutsche 12 in die Trommel 1 i fallen, wo sie von dem im Fließzustand befindlichen Sandbett 15 aufgenommen werden. In dem Sandbett wandern die Abfälle — in Fig. 1 — von links nach rechts, wobei sie durch Pyrolyse verzehrt werden. Die bei der pyrolytisehen Verbrennung entstehende Asche gelangt in einen Aschenkasten 16, während das entstehende Abgas über einen Abzug 17 abgeleitet wird.

Den Fließzustand des erhitzten Sandbeues 15 erreicht man durch die Drehbewegung der im wesentlichen horizontal angeordneten Trommel 11 und durch ein »Hochbaggern« des Sandes aus dem Bett und anschließendes Abwerfen desselben durch den freien Querschnitt der Trommel 11. Wie die Fig. 3 bis 5 zeigen, wird das Sandbett 15 aufgrund der Drehbewegung der Trommel 11 in Drehrichtung nach oben gezogen, wobei sich entsprechend dem Schüttwinkel des Sandes eine Neigung der Oberfläche des Sandbetts 15 gegenüber der Horizontalen von etwa 30" ergibt. Von der Oberkante des schrägliegenden Sandbettes 15 rollt oder rutscht der Sand ständig nach unten, so daß sich in dem Sandbett 15 eine kontinuierliche Umwälzbewegung ergibt, die der Verflüssigung eines Feststoffbettes durch Einpressen von Luft oder einem anderen Gas nicht unähnlich ist Eine Trommel-Drehzahl von etwa 3 UpM hat sich für die Erzielung des gewünschten Fließzustandes als ausreichend erwiesen.

Das »Hochbaggern« des Sandes erfolgt mittels Schaufeln 21, die in Längsrichtung der Trommel 11 auf deren Innenseite vorgesehen sind und das Sandbett 15 bei umlaufender Trommel 11 durchpflügen, einen Teil des Sandes aus dem Sandbett 15 herausheben und diesen Sand dann durch den freien Querschnitt der Trommel 11 hindurch wieder nach unten in das Sandbett 15 herabfallen lassen, wenn sie sich über dieses hinwegdrehen. Der Sand wird anfänglich von der Flamme eines Gasbrenners 22 erhitzt. Wenn dann die Pyrolyse jedoch erst einmal in Gang gekommen ist, dann verbrennen die beim Zerfallen der Abfälle entstehenden Gase unmittelbar über der Oberfläche des Sandbettes 15, so daß dieses sich selbst aufheizt und der Gasbrenner 22 nur noch als eine Art Zündeinrichtung dient.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht der Mantel der Trommel 11 aus einem zylindrischen Wassermantel, der aus benachbarten Rohren 23 aufgebaut ist, die eingangsseitig mit einer Wasserque'ie 24 und ausgangsseitig mit einem Dampfkasten 25 oder dergleichen verbunden sind. Die Trommel 11 besitzt ringförmige Endplatten 26, 27, welche die Ausdehnung des Sandbettes 15 seitlich begrenzen und eine Einlaßöffnung 28 bzw. eine Auslaßöffnung 29 aufweisen. Die Rutsche 12 und der Gasbrenner 22 ragen durch die Einlaßöffnung 28 hindurch, welche im übrigen mit einem Deckel 31 verschlossen ist, um die Wärmeverluste so klein wie möglich zu halten. Ein anderer Grund für ein (dichtendes) Verschließen der öffnungen 28, 29 besteht nicht.

Der Wassermantel wird vorzugsweise durch Rohre 23 gebildet, die schlangenförmig gebogen sind und deren benachbarte Abschnitte durch Stege 32 verbunden sind, wie dies bei einem üblichen Wasserboiler der Fall ist, wobei die Wandung der Trommel 11 jedoch zu einem Zylinder gekrümmt und durch mehrere ringförmige Bänder 33 mit einem I-Profil zusammengehalten ist, welche gleichzeitig Schienen zum Zusammenwirken mit Stützrollen 34 bilden, wie dies in sehr ähnlicher Weise bei einem wassergekühlten Drehrohrofen der Fall ist, der in der US-PS 38 22 651 beschrieben ist. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem bekannten Drehrohrofen besteht dabei jedoch darin, daß der Wassermantel der Trommel 11 keine Perforationen aufweist.

Beim Ausführungsbeispiel sind am Mantel der Trommel 11 drei schlangenförmig gebogene Rohre 23 vorgesehen, welche jeweils einen Umfangswinkel von 120° umfassen und an ihren Enden mit Anschlußleitungen 35 verbunden sind, die zu einem Sammelanschluß 36 führen, der über eine Leitung 37 mit einem inneren Kanal und einem dazu konzentrischen äußeren Kanal mit einer Drehkupplung 38 verbunden ist, welche eine Drehbewegung zwischen der Trommel 11, den Anschlußleitungen 35, dem Sammelanschluß 36 und der Leitung 37 einerseits und den Rohren 39 andererseits ermöglicht, die von der Drehkupplung 38 zu der Wasserquelle 24 bzw. zu dem Dampfkasten 25 führen. Die Drehkupplung 38 ist eine übliche Baueinheit mit zwei getrennten Kanälen, wie sie beispielsweise in der US-PS 38 22 651 beschrieben ist.

Zum Antreiben der Trommel 11 zu einer Drehbewegung ist an ihrem Umfang ein Zahnkranz 41 vorgesehen,

mit dem ein Ritzel 42 kämmt, welches seinerseits über eine Kette 43 durch ein geeignetes Antriebsaggregat (nicht dargestellt) antreibbar ist. Wenn es erwünscht ist, kann ein getrennter Sandkasten 44 vorgesehen werden, welchem ein einstellbarer Deckel 45 zugeordnet ist, um die geringe Sanumenge, welche zusammen mit der Asche aus der Auslaßöffnung 29 austritt, für eine erneute Verwendung zu sammeln. Obwohl der überwiegende Teil der Verbrennungswärme mit dem Dampf in auswertbarer Form zurückgewonnen wird, wodurch gleichzeitig die Trommel auf einer angemessenen Temperatur gehalten werden kann, so daß der Einsatz von hochfeuerfesten Materialien nicht erforderlich ist, kann in dem Abzug 17 noch ein einfacher Wärmeaustauscher (nicht dargestellt) angeordnet werden, um zusätzliche Wärmemengen zurückzugewinnen.

Günstig ist es, wenn die Schaufeln 21 im Querschnitt relativ klein und bogenförmig gekrümmt sind, um den Sand vom Boden des Sandbettes 15, wo der Sand am kältesten ist, hochzubaggern, so daß er beim Zurückfallen erneut aufgeheizt wird. Die schmalen Schaufeln, die sich schnell mit Sand füllen, erfassen dabei kaum Teile der Abfallstoffe, welche verbrannt werden, so daß die Abfallstoffe im wesentlichen in das Sandbett eingebettet bleiben und dort pyrolytisch zersetzt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung können ferner mit einer Sammelleitung 48 verbundene Rohre 47 vorgesehen sein, mit deren Hilfe von unten Luft in das Sandbett 15 einleitbar ist, um den Abbau besonders schwer brennbarer Abfälle zu unterstützen. Die Rohre 47 sind perforiert und hinter den Schaufeln 21 angeordnet und durchgreifen mit ihrem einen Ende die eingangsseitige Endplatte 26. Die Sammelleitung 48 ist bogenförmig ausgebildet und erstreckt sich etwa über den Umfangswinkel der Trommel 11, in dem sich in Betrieb das Sandbett 15 befindet. Die Luft aus einer Luftquelle 49 wird also von der Sammelleitung 48 auf diejenigen Rohre 47 verteilt, die sich in dem Sandbett 15 befinden. Wenn Luft in das Sandbett eingeleitet wird, dann hat dies genau die gleiche Wirkung wie bei einer üblichen Fließbett-Verbrennungsvorrichtung, wobei jedoch die zugeführte Luftmenge, da sie an sich für die Verwirbelung des Sandbettes nicht erforderlich ist, wesentlich geringer sein kann.

Ein Gebläse 51 zum Zuführen zusätzlicher Luft ist ebenfalls an dem Deckel 31 für die Einlaßöffnung 28 befestigt.

Die bei der Abfallverbrennung entstehende Asche, welche leichter als der Sand ist, fließt einfach über die Auslaßöffnung 29 ab, ohne daß besondere Maßnahmen erforderlich wären. Die Brennkammer selbst ist im wesentlichen eine aus Rohren aufgebaute Trommel, welche wirtschaftlich hergestellt werden kann und für die keine hochfeuerfesten Materialien erforderlich sind, welche sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb besonders hohe Kosten verursachen. Die Verbrennungswärme läßt sich darüber hinaus wirksam in Form von Dampf zurückgewinnen, und es hat sich gezeigt, daß an vielen Stellen, wo ein erfindungsgemäßer Drehrohrofen 10 eingesetzt wird, wie z. B. in der Holzindustrie, auf Schiffen oder in Krankenhäusern, in der Nähe des Drehrohrofens 10 Einrichtungen vorhanden sind, für welche der Dampf unmittelbar benötigt wird. Hinzu kommt noch eine große Anpassungsfähigkeit des Drehrohrofens an stark unterschiedliche Abfälle und Abfallmengen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Drehrohrofen zur pyrolytischen Zersetzung von Stoffen mit einer horizontal angeordneten zylindrisehen Trommel, die durch eine Antriebsvorrichtung langsam um ihre Längsachse drehbar ist und ringförmige Endplatten aufweist, welche eine Einlaßöffnung für die zu behandelnden Stoffe bzw. eine Auslaßöffnung für die bei der Zersetzung entstehenden Abgase und Zersetzungbrückstände begrenzen, mit Auffangeinrichtungen für die Abgase und die Zersetzungsrückstände und mit einem aufheizbaren Sandbett innerhalb der Trommel, das bei Drehung der Trommel als Fließbett und Wärmeträger wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zufuhrvorrichtung (51) für Verbrennungsluft zu der Oberfläche des Sandbettes (15) vorgesehen ist, daß eine Zündvorrichtung (22) zum Aufheizen eines Teiles des Sandbettes (15) vornanden ist, welche nach Ingangkommen der pyrolytischen Zersetzung abschaltbar ist, und daß das Sandbett (15) so ausgebildet ist, daß es die zu behandelnden Stoffe im wesentlichen vollständig einzubetten vermag.

2. Drehrohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Trommel (11), vorzugsweise durch nebeneinander angeordnete Rohre (23), als Wassermantel ausgebildet und mit einem Wassereinlaß (24) sowie einem Dampfauslaß (25) verbunden ist.

3. Drehrohrofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand der Trommel (11) eine Anzahl Schaufeln (2i) befestigt ist, welche geeignet sind, bei der Drehung der Trommel (11) Sand aus dem Sandbett (15) aufzunehmen und ihn anschließend durch einen Verbrennungsbereich oberhalb des Sandbettes (15) auf dessen Oberfläche herabrieseln zu lassen.

4. Drehrohrofen nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (21) im Querschnitt relativ klein und bogenförmig gekrümmt sind, derart, daß sie nur Sand vom Boden des Sandbettes (15) und ein Minimum an zu behandelnden Stoffen aufzunehmen vermögen.

5. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrsystem (47, 48) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe Zusatzluft unmittelbar in das Sandbett (15) einleitbar ist.

6. Drehrohrofen nach Anspruch 5, dadurch so gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (47, 48) perforierte Rohre (47) aufweist, die jeweils hinter den Schaufeln (21) angeordnet und nur dann mit einer Sammelleitung (48) für die Zusatzluft verbunden sind, wenn sie sich innerhalb des Sandbettes (15) befinden.