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EP0853215A2 - Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien - Google Patents

Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien Download PDF

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Publication number
EP0853215A2
EP0853215A2 EP98105588A EP98105588A EP0853215A2 EP 0853215 A2 EP0853215 A2 EP 0853215A2 EP 98105588 A EP98105588 A EP 98105588A EP 98105588 A EP98105588 A EP 98105588A EP 0853215 A2 EP0853215 A2 EP 0853215A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
combustion
combustion chamber
inlet
secondary air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98105588A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0853215A3 (de
Inventor
Sedat Dipl.-Ing. Temelli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Awg Abfallwirtschaftsgesellschaft Wuppertal mbH
Original Assignee
Awg Abfallwirtschaftsgesellschaft Wuppertal mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Awg Abfallwirtschaftsgesellschaft Wuppertal mbH filed Critical Awg Abfallwirtschaftsgesellschaft Wuppertal mbH
Publication of EP0853215A2 publication Critical patent/EP0853215A2/de
Publication of EP0853215A3 publication Critical patent/EP0853215A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/006—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
    • F23C3/008—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion for pulverulent fuel
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/32—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor the waste being subjected to a whirling movement, e.g. cyclonic incinerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F23M5/085—Cooling thereof; Tube walls using air or other gas as the cooling medium
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    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00014—Pilot burners specially adapted for ignition of main burners in furnaces or gas turbines
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    • F23G2209/30—Solid combustion residues, e.g. bottom or flyash
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    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/50001—Combination of two or more furnaces

Definitions

  • the present invention relates to a device for Burning dusty materials, especially Activated coke dust from filter systems contaminated with pollutants, Sewage sludge dust and the like, according to the preamble of claim 1.
  • a device according to the preamble of the independent Claim 1 is known from DE-B-1 024 191.
  • This Document describes a "cyclone firing", where a fuel (fuel dust) air mixture via entry slots with Twist (rotary motion) is inserted into a cyclone muffle.
  • Combustion air (primary air) is also also introduced with twist, with the same direction of rotation like the fuel-air mixture.
  • outlet slots for secondary air (secondary air) arranged such that the Second air also flows in with swirl, namely in the the fuel dust-air mixture opposite direction of the opposite inlet and either with the same or with the opposite direction of rotation as the fuel-air mixture.
  • EP-A-0 409 037 describes a different combustion chamber in that than doing no counterflow of primary and Secondary air, but only rectified, moving towards of an output described swirling flows are.
  • this publication is also not concerned with the special problem of thermal destruction of Pollutants.
  • This document describes one first substoichiometric combustion with primary and secondary air as well as a subsequent complete combustion by means of excess air achieved by tertiary air, however must the substoichiometric combustion according to the overall disclosure this document obviously with a extremely serious lack of air ( ⁇ «1) because the The temperature remains "below the ash softening point" should, i.e. below 1100 ° C. So it is about a relatively lower temperature than the subsequent one complete combustion.
  • the present invention has for its object a Device for burning such contaminated materials to create, with what is structurally simple as well compact structure the special, for safe pollutant destruction required combustion conditions on simple Are controllable.
  • the combustion device should preferably for a continuous Material throughput are suitable, so that an economical Operation especially in direct combination with such facilities is possible in which the contaminated Materials.
  • the combustion device has a Combustion chamber with a one-sided inlet opening for the burning material and one opposite the inlet opening Exhaust opening for combustion Flue gases on, in the area of the inlet opening a device for introducing itself with the to be burned, dusty material of primary air mixing and in the area of the outlet opening a device for Introducing secondary air are provided such that the Secondary air on the one hand opposite the primary air in the direction the inlet opening flows and on the other hand into a Swirl flow around an inlet and outlet opening Combustion chamber axis is offset.
  • there is an afterburning zone at the outlet in which then - in addition to the primary and secondary air - Tertiary air is introduced.
  • the combustion can advantageously be carried out by metering Supply of primary, secondary and tertiary air like this control that overall at least approximately a stoichiometric Combustion is achieved.
  • ⁇ For security reasons - to always be complete
  • ⁇ To be able to ensure combustion - lies ⁇ according to the invention on the order of about 1.02.
  • This extremely small excess air is of decisive advantage in that as a fire temperature drop due to too big Excess air is avoided, i.e. the firing temperature can be kept very high and permanent. It is complete combustion with thermal destruction of all pollutants occurring in practice, in particular also of dioxins.
  • the term "complete combustion" means that by the invention in the flue gas only an extraordinary low percentage of unburned substances, namely ⁇ 0.1% is included. The one usually required here The limit value of a maximum of 5% unburned is therefore advantageously far below. Furthermore, the preferred near-stoichiometric combustion also a new formation of dioxins and the like advantageously avoided because of such reactions because of the low Air excess of around 2% in particular is not enough Oxygen is available.
  • tertiary air supplied in the afterburning zone can be substoichiometric within the combustion chamber are burned, then total, i.e. through primary, Secondary and tertiary air, preferably approximately stoichiometric Combustion with ⁇ ⁇ 1.02 is achieved.
  • the substoichiometric Burning in the combustion chamber leads to a higher combustion temperature and thereby a even safer removal of pollutants, in particular Dioxins.
  • the afterburning caused by supplying tertiary air practically leads to a completion of the Incineration in such a way that overall the intended full Combustion is achieved.
  • burned can be, for example, when a lower temperature from e.g. about 1200 ° C should be reached.
  • a lower temperature from e.g. about 1200 ° C should be reached.
  • a very stable combustion due to the homogeneity of the mixture.
  • the primary air too is set in a swirl flow, the swirl directions of primary air and secondary air opposed to each other are directed.
  • too Tertiary air swirled; are here then the swirl directions of secondary air and tertiary air facing each other.
  • the invention Device thus around a "multi-stage counter-swirl burner".
  • ⁇ 1
  • a Control range of 1:20 can be achieved without that Influencing stability of the flame.
  • optimal, complete combustion over a control range guaranteed from full load to 1/20 of full load can be.
  • the device is for 1000 kg Designed for full load, even at 1/20, i.e. 50 kg, a complete, optimal combustion can be achieved, even at a temperature of around 1800 ° C.
  • FIG. 1 there is an inventive Device 1 for burning dust Materials mainly from a combustion chamber 2 with a one-sided inlet opening 4 for the material to be burned and also for supplied combustion air as well as with a the inlet opening 4 opposite in the throughput direction Outlet opening 6 for flue gases resulting from the combustion.
  • the inlet and outlet openings 4, 6 are preferably coaxial arranged to each other, i.e. a combustion chamber axis 8 runs in particular centrally through the inputs and Outlet openings 4, 6.
  • the material to be burned is in dust form, i.e. in ground state, supplied via a pipeline 10, this pipeline 10 in the area of the inlet opening 4 flows.
  • This material is a certain percentage of air attached so that a dust-air mixture is already from the pipe 10 exit. However, this mixture becomes additional Combustion air supplied.
  • the combustion air is initially in primary air P and secondary air S divided, in the area of the inlet opening 4th a device 12 for introducing the to be burned Material mixing primary air P and in Area of the outlet opening 6 a device 14 for insertion the secondary air S are provided such that the Secondary air S, on the one hand, of the primary air P or the air from it resulting dust-air mixture in the opposite direction Inlet opening 4 flows and on the other hand in a Swirl flow around the combustion chamber axis 8 is offset.
  • swirl flow of the secondary air S will increase the residence time of the flammable mixture reached within the combustion chamber 2 and also a such intensive swirling and mixing that a almost homogeneous fuel mixture is generated. Result from this optimal combustion conditions.
  • the device is 12 to introduce the primary air P only in the form of a short, preferably cylindrical, the inlet opening at the same time 4 tube piece 16 formed such that the primary air P with the entrainment of the combustion Material initially essentially straight, i.e. as approximately homogeneous flow, through the inlet opening 4 in the direction the outlet opening 6 is blown.
  • the fuel mixture is then the opposite Swirl flow of the secondary air S intensive swirled.
  • the primary air P is formed such that the primary air P taking the material to be burned on the one hand the secondary air S in the direction of the outlet opening 6 flows and on the other hand also in a swirl flow is displaced about the combustion chamber axis 8.
  • the swirl direction of the primary air P or of the dust-air mixture the swirl direction of the secondary air S opposite.
  • This swirl flap device 18 is to generate the Swirl flow of the primary air P, i.e. as a device 12 for Introducing the primary air P within the inlet opening 4 a swirl flap device 18 with in particular for changing the swirl inclination-adjustable swirl flaps 20 are arranged.
  • This swirl flap device 18 is in the manner of a Turbine wheel or an axial fan, wherein the swirl flaps over the circumference of the inlet opening 4 evenly spaced around radial axes are in particular continuously pivotable, namely between an axially aligned arrangement and one approximately vertical arrangement, the opening 4 then almost closed is. This can also have a certain Regulation of the air volume can be achieved.
  • serves the swirl flap device 18 for variability in the swirl effect or swirl intensity of the primary air-dust mixture.
  • the device 14 for introducing the secondary air S essentially from a surrounding the outlet opening 6 or to the outlet opening 6 concentric blowing ring 22, one in the direction of the combustion chamber 2 conically widening inner surface 24 and several over the Has circumferentially distributed louvers 26.
  • This Air slots 26 extend from the outer periphery 28 of the blowing ring 22 to the inner surface 24 and are such aligned that the secondary air supplied from the outside S flows through the louvers 26 and thereby into the in the combustion chamber 2 directed swirl flow is offset.
  • the blowing ring is 22 expediently of several individual ring elements 30 formed, each between the louvers 26 form or limit.
  • ring elements 30 by means of suitable holding means, not described in detail fixed in position or clamped.
  • the blowing ring 22 consists of about twenty-four individual ones Elements, so that a total of twenty-four louvers in an even distribution over the circumference are provided.
  • the number of ring elements 30 or Air slots 26 can vary widely, however, in Depending on the design of the burner output and the amount of air required in each case.
  • Louvers 26 of the blowing ring 22 in terms of their effective flow cross-section formed in such a nozzle-like manner are that the outside with a certain, i.e. by that required for complete combustion at ⁇ ⁇ 1 Air volume specified, inlet pressure supplied secondary air S through the narrowed louvers 26 one such high flow rate maintains that it penetrates of fuels in the louvers 26 prevented.
  • self-cleaning is advantageously practical or self-maintenance of the louvers 26 achieved by the injected secondary air S.
  • tertiary air T is supplied.
  • Conveniently for this purpose connects to the outlet opening 6 in the direction facing away from the combustion chamber 2 is a post-combustion zone 32 with a device 34 for feeding the Tertiary air T on.
  • the combustion inside the combustion chamber 2 sub-stoichiometric with an excess air number or "lack of air" ⁇ ⁇ 1. It can thereby a particularly high temperature to absolute safe destruction of pollutants, especially dioxins, can be achieved.
  • the tertiary air T with a volume per unit time is supplied that preferably the overall combustion is approximately stoichiometric ( ⁇ about 1.02).
  • the overall combustion is approximately stoichiometric ( ⁇ about 1.02).
  • ⁇ about 1.02
  • excess air e.g. ⁇ ⁇ 1.9
  • the device 34 for supplying the tertiary air T is such trained that the tertiary air T on the one hand in the the combustion chamber 2 opposite direction of the post-combustion zone 32 flows, but on the other hand also in a swirl flow is displaced, whereby the dwell time within the post-combustion zone 32 is increased.
  • the swirl directions of tertiary air and secondary air opposed to each other This will make a repeat Mixing and swirling of the fuel mixture reached.
  • the device 34 also expediently exists for supplying the tertiary air T from a to the outlet opening 6 concentric blowing ring 36, which in its constructive Design basically that for the secondary air S provided blowing ring 22 corresponds, so that on this For the sake of simplicity, refer to the above statements is referred. To this end, the same or functional corresponding parts with the same reference numerals. Of particular note, however, is that the conical inner surface 24 of the blowing ring 36 into the Combustion chamber 2 extends in the opposite direction. Also are the air slots 26 are also formed in the blowing ring 36, that the tertiary air T has such a high flow rate maintains that it penetrates substances effectively prevented from the flue gases. As tertiary air T cold fresh air is expediently used (with Outside or ambient temperature).
  • the primary air P and preferably also the secondary air S before it is introduced into the combustion chamber 2 expediently heated.
  • the combustion chamber 2 is delimited by a chamber wall 38 , which in turn is enclosed by an outer jacket 40 in this way is that between the chamber wall 38 and the Sheath 40 a cavity enclosing the chamber wall 38 42 is formed.
  • this cavity 42 opens into one of the Outlet opening 6 near area an air inlet 44, and the cavity 42 goes on that facing away from the outlet opening 6 Side in the inlet opening 4 over.
  • a helical extending partition 46 arranged such that the Air supplied via the air inlet 44 to the chamber wall 38 flows around helically in the direction of the inlet opening 4. This ensures good and effective heat absorption or heat transfer from the combustion chamber 2 via the Chamber wall 38 reached on the air (heat exchanger). This also contributes to the fact that within the combustion chamber 2 very high firing temperatures can be achieved.
  • the chamber wall 38 is advantageously cooled.
  • the invention is also Device 1 the combustion chamber 2 with an inner jacket 48 lined with a refractory material.
  • the for this are commonly used refractory materials however only up to an average temperature of about Resistant at 1600 ° C. Therefore, it is due to the very high Combustion chamber temperatures of up to 2000 ° C are particularly advantageous, if between the chamber wall 38 and the refractory Inner jacket 48 a cavity enclosing the latter 50 formed for a cooling medium cooling the inner jacket 48 is.
  • the secondary air S is used as the cooling medium, for which purpose preferably the via the air inlet 44 and between the Chamber wall 38 and the outer shell 40 formed cavity 42 supplied air in front of the inlet opening 4 Area divided into the primary air P and the secondary air S.
  • Burner 54 is used on the one hand for the first ignition in start-up mode the combustion device 1 according to the invention. Once a regular combustion inside the combustion chamber 2 is reached, this burner 54 can be switched off will.
  • the pilot and auxiliary burner 54 preferably controlled automatically by a controller, that in the event of an irregularity within the Combustion chamber 2 running combustion of the pilot and auxiliary burners 54 automatically switched on for a certain time becomes.
  • the burner 54 switching control for monitoring the one hand in the Combustion chamber 2 running combustion and on the other hand the Flame of the burner 54, in particular photocells or the same sensors.
  • the combustion chamber 2 is thus directly on a combustion boiler 56 in particular a waste incineration plant arranged that exiting through the outlet opening 6 Flue gases directly into the combustion chamber 58 of the combustion boiler 56 can be initiated.
  • This is preferably Arrangement of the device 1 according to the invention on the combustion boiler 56 chosen such that the flue gases in one Enter the area of the combustion chamber 58 in which one Operating temperature ⁇ 1200 ° C. This is advantageous undercooling the combustion chamber flame Edge influences and streak formation in the firebox are excluded.
  • the application according to the invention is suitable for this application Device 1 in particular for burning the in the Waste incineration system of activated coke, advantageously a steady throughput, i.e. a steady Disposal is possible. It also provides thermal support the one running inside the combustion boiler 56 Combustion reached. That from the invention Device 1 originating flue gas is then together with the Flue gases from a conventional incinerator Flue gas cleaning supplied.
  • the combustion chamber 2 is a processing device 60 upstream for the material to be burned, which in particular from a grinding device 62 and transport devices 64 exists.
  • the one that arises Activated coke from an intermediate silo 66 via a pneumatic one Conveyor system 64a in particular with nitrogen to the Grinding device 62 promoted and there for a secured Burning down the necessary fineness.
  • Of the Ground coke dust is then passed through a rotary valve 64b carried out and further by means of the combustion air dosed fed.
  • Each unit is separate advantageously designed to have a maximum Active coke can be disposed of continuously. This means, that each combustion boiler with its own combustion device is equipped so that by this Amount of activated coke directly in the boiler can be disposed of again.
  • the invention is not based on the illustrated and described Embodiments limited, but also includes all designs having the same effect in the sense of the invention. Furthermore, the invention is not yet based on the Claim 1 defined combination of features limited, but can also be by any other combination of certain characteristics of all of the individual characteristics disclosed be defined. This means that basically practically every single feature of claim 1 omitted or by at least one elsewhere in the registration disclosed individual feature can be replaced. To that extent is claim 1 only as a first attempt at formulation to understand for an invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien, insbesondere von mit Schadstoffen kontaminiertem Aktivkoks-Staub und dergleichen, mit einer Brennkammer (2) mit einer einseitigen Einlaßöffnung (4) für das zu verbrennende Material und einer der Einlaßöffnung (4) gegenüberliegenden Auslaßöffnung (6) für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase. Im Bereich der Einlaßöffnung (4) ist eine Einrichtung (12) zum Einführen von sich mit dem zu verbrennenden Material vermischender Primärluft (P) sowie im Bereich der Auslaßöffnung (6) eine Einrichtung (14) zum Einführen von Sekundärluft (S) derart vorgesehen, daß die Sekundärluft (S) einerseits der Primärluft (P) entgegen in Richtung der Einlaßöffnung (4) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um eine durch Ein- und Auslaßöffnung (4, 6) verlaufende Brennkammer-Achse (8) versetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien, insbesondere von mit Schadstoffen kontaminiertem Aktivkoks-Staub aus Filteranlagen, Klärschlamm-Staub und dergleichen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es fallen heute in vielen Bereichen Materialien an, die sehr stark mit äußerst gesundheitsgefährdenden, toxischen Schadstoffen kontaminiert sind. Dies ist beispielsweise bei Klärschlamm aus Kläranlagen der Fall, aber auch vor allem bei Filteranlagen, in denen Schadstoffe durch Aktivkohle-Adsorber abgeschieden werden. Solche Aktivkohle-Adsorber finden Einsatz bei der Abscheidung von Stickoxiden (NOx; sog. Entstickung), Schwefeloxiden (SOx), Stäuben, Kohlenwasserstoffen bis hin zu Dioxinen und Furanen. Bei NOx, SOx und Stäuben werden sie oft als "Polizei-Filter" hinter Abscheideeinrichtungen anderer Bauart (z.B. Katalysatoren oder Elektroabscheider) eingesetzt. Für die Entstickung finden in der Regel Steinkohlenaktivkokse (SAK), für die übrigen Stoffe bzw. Verbindungen in der Regel Braunkohlenkokse (Herdofen-Aktivkoks HOK) Anwendung.
Für PCB, PCT, Dioxine und Furane, die vor allem in Rauchgasen von Müllverbrennungsanlagen auftreten, sind solche Aktivkoksfilter derzeit die einzige gesicherte Abscheidemöglichkeit. Denn die durch gesetzliche Bestimmungen (insbesondere Bundes-Immissionsschutzgesetz) z.T. extrem niedrig vorgegebenen Schadstoff-Grenzwerte können allein durch feuerungstechnische Maßnahmen kaum erreicht werden. So müssen insbesondere für Dioxine und Furane Emissions-Grenzwerte von < 0,1 ng/m3 eingehalten werden. Auch bezüglich anderer Schadstoffe (z.B. Schwermetalle, polychlorierte Biphenyle (PCB), polychlorierte Terphenyle (PCT) als Vorläufersubstanzen von Dioxinen und Furanen) gibt es ähnlich niedrige Grenzwerte.
Nun stellt natürlich die Entsorgung solcher mit Schadstoffen belasteter Materialien ein großes Problem dar. Zur sicheren Zerstörung der toxischen Stoffe und Verbindungen kommt in der Regel nur eine Verbrennung in Frage, allerdings erfordern manche Schadstoffe, wie insbesondere Dioxine, Verbrennungsbedingungen, die bislang noch nicht oder nur mit äußerst großem technischen Aufwand beherrschbar sind. So ist zur Zerstörung von schädlichen organischen Verbindungen eine Verbrennungstemperatur von jedenfalls mehr als 850° C bei einer Verweilzeit von mindestens zwei Sekunden erforderlich. Der Gesetzgeber fordert bei Sondermüllverbrennungsanlagen sogar ein Temperaturniveau von über 1200° C bei zwei Sekunden Verweildauer.
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist aus der DE-B-1 024 191 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine "Zyklonfeuerung", wobei ein Brennstoff-(Brennstaub-)Luft-Gemisch über Eintrittschlitze mit Drall (Drehbewegung) in eine Zyklonmuffel eingeführt wird.
Ferner wird über Schlitze Verbrennungsluft (Primärluft) ebenfalls mit Drall eingeführt, und zwar mit gleichem Drehsinn wie das Brennstaub-Luft-Gemisch. Auf der Seite der gegenüberliegenden Austrittsöffnung sind Austrittsschlitze für Zweitluft (Sekundärluft) derart angeordnet, daß die Zweitluft ebenfalls mit Drall einströmt, und zwar in die dem Brennstaub-Luft-Gemisch entgegengesetzte Richtung des gegenüberliegenden Einlasses und dabei entweder mit gleichem oder mit umgekehrtem Drehsinn wie das Brennstaub-Luft-Gemisch. Mit dieser Ausgestaltung der bekannten Feuerung soll zwar eine verbesserte Verbrennung durch vollständigere Kontaktierung des Brennstoffes mit Luft erreicht werden, allerdings ist die spezielle Problematik der Verbrennung von mit besonderen Schadstoffen belasteten Stoffen (Stäuben) nicht angesprochen.
Die EP-A-0 409 037 beschreibt eine insofern andere Brennkammer, als dabei keine Gegenströmung von Primär- und Sekundärluft, sondern nur gleichgerichtete, sich in Richtung eines Ausganges bewegende Drallströmungen beschrieben sind. Zudem beschäftigt sich auch diese Druckschrift nicht mit dem speziellen Problem der thermischen Zerstörung von Schadstoffen. Diese Druckschrift beschreibt eine zunächst unterstöchiometrische Verbrennung mit Primär- und Sekundärluft sowie eine anschließende vollständige Verbrennung mittels durch Tertiärluft erreichtem Luftüberschuß, jedoch muß die unterstöchiometrische Verbrennung gemäß der Gesamtoffenbarung dieser Druckschrift offensichtlich mit einem äußerst gravierenden Luftmangel (λ «1) erfolgen, weil die Temperatur "unterhalb des Ascheerweichungspunktes" bleiben soll, also unterhalb von 1100° C. Somit handelt es sich um eine relativ geringere Temperatur als bei der anschließenden vollständigen Verbrennung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbrennen von solchen kontaminierten Materialien zu schaffen, womit bei konstruktiv einfachem sowie kompaktem Aufbau die speziellen, zur sicheren Schadstoff-Zerstörung erforderlichen Verbrennungsbedingungen auf einfache Weise beherrschbar sind. Dabei soll sich die Verbrennungsvorrichtung vorzugsweise für einen kontinuierlichen Material-Durchsatz eignen, so daß auch ein wirtschaftlicher Betrieb insbesondere in direkter Kombination mit solchen Einrichtungen möglich ist, in denen die kontaminierten Materialien anfallen.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Die erfindungsgemäße Verbrennungs-Vorrichtung weist eine Brennkammer mit einer einseitigen Einlaßöffnung für das zu verbrennende Material und einer der Einlaßöffnung gegenüberliegenden Auslaßöffnung für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase auf, wobei im Bereich der Einlaßöffnung eine Einrichtung zum Einführen von sich mit dem zu verbrennenden, staubförmigen Material vermischender Primärluft sowie im Bereich der Auslaßöffnung eine Einrichtung zum Einführen von Sekundärluft derart vorgesehen sind, daß die Sekundärluft einerseits der Primärluft entgegen in Richtung der Einlaßöffnung strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um eine durch Ein- und Auslaßöffnung verlaufende Brennkammer-Achse versetzt wird. Gemäß der Erfindung schließt sich an die Auslaßöffnung eine Nachverbrennungszone an, in die dann - zusätzlich zu der Primär- und Sekundärluft - Tertiärluft eingeführt wird.
Die Anordnung der Einlaßöffnung und der - in Strömungsrichtung bzw. in Durchsatzrichtung gesehen - gegenüberliegenden Auslaßöffnung mit anschließender Nachverbrennungszone ermöglicht einen kontinuierlichen, stetig durchlaufenden Verbrennungsvorgang, wobei aber aufgrund der Aufteilung der Verbrennungsluft und dabei der Gegendrallströmung der Sekundärluft die Verweilzeit des Materials bzw. des Staub-Luft-Gemisches hinreichend lang ist, zumal auch durch sehr intensive Verwirbelung und Vermischung, d.h. durch Bildung eines praktisch über den gesamten Brennweg hinweg homogenen Gemisches, eine außerordentlich hohe Brenntemperatur von 1200° bis 2000° C oder sogar höher erreicht werden kann. Die erreichte Erhöhung der Verweilzeit führt zu dem Vorteil, daß die Brennkammer relativ kurz und damit die erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt sehr kompakt ausgebildet sein kann.
Vorteilhafterweise läßt sich die Verbrennung durch dosiertes Zuführen der Primär-, Sekundär- und Tertiärluft so steuern, daß insgesamt zumindest annähernd eine stöchiometrische Verbrennung erreicht wird. Dies bedeutet, daß die sogenannte Luftüberschußzahl λ zumindest annähernd gleich 1 ist. Aus Sicherheitsgründen - um stets eine vollständige Verbrennung gewährleisten zu können - liegt λ erfindungsgemäß in der Größenordnung von etwa 1,02. Dieser äußerst geringe Luftüberschuß ist insofern von entscheidendem Vorteil, als eine Feuertemperaturabsenkung durch zu großen Luftüberschuß vermieden wird, d.h. die Brenntemperatur kann sehr hoch und auch dauerhaft gehalten werden. Dabei ist eine vollständige Verbrennung mit thermischer Zerstörung aller in der Praxis vorkommender Schadstoffe, so insbesondere auch von Dioxinen, gewährleistet. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff "vollständige Verbrennung", daß durch die Erfindung in dem Rauchgas nur noch ein außerordentlich geringer Anteil an unverbrannten Stoffen, und zwar < 0,1%, enthalten ist. Der hier üblicherweise geforderte Grenzwert von maximal 5% Unverbranntem wird somit vorteilhafterweise weit unterschritten. Ferner wird durch die vorzugsweise nah-stöchiometrische Verbrennung auch eine Neubildung von Dioxinen und dergleichen vorteilhafterweise vermieden, weil für derartige Reaktionen wegen des geringen Luftüberschusses von insbesondere etwa 2% nicht genug Sauerstoff zur Verfügung steht.
Durch die erfindungsgemäße Verwirbelung und die damit erreichte Homogenität des Staub-Luft-Gemisches wird zudem auch eine sehr stabile Flamme erreicht (Flammen-Stabilisierung), d.h. ein "Abreißen" der Flamme wird vorteilhafterweise vermieden. Daher reicht es vorteilhafterweise aus, im Bereich der Einlaßöffnung einen sogenannten Zünd- und Stützbrenner anzuordnen, der in der Regel nur zum erstmaligen Zünden der Verbrennung "eingeschaltet" wird, dann aber während des weiteren Betriebes ausgeschaltet werden kann, weil sich die Verbrennung selbst stabilisiert. Allerdings kann es vorteilhaft sein, den Zünd- und Stützbrenner von einer Steuerung automatisch so zu steuern, daß im Falle einer Unregelmäßigkeit der innerhalb der Brennkammer ablaufenden Verbrennung der Zünd- und Stützbrenner automatisch für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird.
Durch die in der Nachverbrennungszone zugeführte Tertiärluft kann innerhalb der Brennkammer unterstöchiometrisch verbrannt werden, wobei dann insgesamt, d.h. durch Primär-, Sekundär- und Tertiärluft, vorzugsweise eine etwa stöchiometrische Verbrennung mit λ ≈ 1,02 erreicht wird. Die unterstöchiometrische Verbrennung in der Brennkammer führt zu einer höheren Verbrennungstemperatur und dadurch zu einer noch sichereren Beseitigung der Schadstoffe, insbesondere Dioxine. Die durch Zuführen von Tertiärluft bewirkte Nachverbrennung führt praktisch zu einer Vervollständigung der Verbrennung derart, daß insgesamt die beabsichtigte vollständige Verbrennung erreicht wird.
Es ist aber an dieser Stelle zu erwähnen, daß grundsätzlich auch insgesamt überstöchiometrisch, z.B. mit λ ≈ 1,9, verbrannt werden kann, beispielsweise wenn eine geringere Temperatur von z.B. etwa 1200° C erreicht werden soll. Dabei wird aber ebenfalls eine sehr stabile Verbrennung aufgrund der Homogenität des Gemisches erreicht.
Es ist zudem besonders vorteilhaft, wenn auch die Primärluft in eine Drallströmung versetzt wird, wobei die Drallrichtungen von Primärluft und Sekundärluft einander entgegengesetzt gerichtet sind. Vorzugsweise wird auch die Tertiärluft in eine Drallströmung versetzt; hierbei sind dann die Drallrichtungen von Sekundärluft und Tertiärluft einander entgegengerichtet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung somit um einen "Mehrstufen-Gegendrallbrenner". Vor allem bei dieser Ausführungsform wird das Verweilzeitspektrum des zu verbrennenden Materials erheblich erhöht. Das über den gesamten Brennweg praktisch völlig homogene Staub-Luft-Gemisch kann fast ohne Luftüberschuß (λ = 1) verbrannt werden. Hierbei ist es bemerkenswert, daß ein Regelbereich von 1 : 20 erreicht werden kann, ohne die Stabilität der Flamme zu beeinflussen. Dies bedeutet, daß eine optimale, vollständige Verbrennung über einen Regelbereich von Vollast bis zu 1/20 der Vollast gewährleistet werden kann. Ist die Vorrichtung beispielsweise für 1000 kg Vollast ausgelegt, so kann auch noch bei 1/20, d.i. 50 kg, eine vollständige, optimale Verbrennung erreicht werden, und dies sogar noch bei einer Temperatur von etwa 1800° C.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung noch genauer erläutert werden.
Anhand von bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungs- und Anwendungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbrenn-Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2
eine Teilansicht in Pfeilrichtung II gemäß Fig. 1 (vgl. auch Fig. 4),
Fig. 3
eine Teilansicht in Pfeilrichtung III gemäß Fig. 1 (vgl. auch Fig. 4),
Fig. 4
einen Längsschnitt analog zu Fig. 1, jedoch in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5
einen Teilbereich der Vorrichtung im Querschnitt in der Schnittebene V-V gemäß Fig. 4,
Fig. 6
eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Müllverbrennunganlage und
Fig. 7
eine blockschaltbildartige Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dieser vorgeordneten Zusatzkomponenten zur Aufbereitung und zum Transport des zu verbrennenden Materials.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß jede eventuell nur einmal vorkommende Beschreibung eines Teils analog auch bezüglich der anderen Zeichnungsfiguren gilt, in denen dieses Teil mit dem entsprechenden Bezugszeichen ebenfalls zu erkennen ist.
Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verbrennen von staubförmigen Materialien hauptsächlich aus einer Brennkammer 2 mit einer einseitigen Einlaßöffnung 4 für das zu verbrennende Material und auch für zugeführte Verbrennungsluft sowie mit einer der Einlaßöffnung 4 in Durchsatzrichtung gegenüberliegenden Auslaßöffnung 6 für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase. Die Ein- und Auslaßöffnungen 4, 6 sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet, d.h. eine Brennkammer-Achse 8 verläuft jeweils insbesondere zentrisch durch die Ein- und Auslaßöffnungen 4, 6.
Das zu verbrennende Material wird in Staubform, d.h. in gemahlenem Zustand, über eine Rohrleitung 10 zugeführt, wobei diese Rohrleitung 10 im Bereich der Einlaßöffnung 4 mündet. Zum Zwecke des Transportes des staubförmigen Materials ist diesem ein bestimmter Prozentsatz Tragluft beigefügt, so daß aus der Rohrleitung 10 bereits ein Staub-Luft-Gemisch austritt. Diesem Gemisch wird jedoch zusätzliche Verbrennungsluft zugeführt.
Die Verbrennungsluft ist zunächst in Primärluft P und Sekundärluft S aufgeteilt, wobei im Bereich der Einlaßöffnung 4 eine Einrichtung 12 zum Einführen der sich mit dem zu verbrennenden Material vermischenden Primärluft P sowie im Bereich der Auslaßöffnung 6 eine Einrichtung 14 zum Einführen der Sekundärluft S derart vorgesehen sind, daß die Sekundärluft S einerseits der Primärluft P bzw. dem hieraus resultierenden Staub-Luft-Gemisch entgegen in Richtung der Einlaßöffnung 4 strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um die Brennkammer-Achse 8 versetzt wird. Durch diese in Fig. 1 sowie auch in Fig.4 anhand von Strömungslinien veranschaulichte Drallströmung der Sekundärluft S wird eine Erhöhung der Verweilzeit des brennbaren Gemisches innerhalb der Brennkammer 2 erreicht sowie auch eine derart intensive Verwirbelung und Vermischung, daß ein nahezu homogenes Brenngemisch erzeugt wird. Hieraus resultieren optimale Verbrennungsbedingungen.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Einrichtung 12 zum Einführen der Primärluft P lediglich in Form eines kurzen, vorzugsweise zylindrischen, gleichzeitig die Einlaßöffnung 4 bildenden Rohrstückes 16 derart ausgebildet, daß die Primärluft P unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials zunächst im wesentlichen geradlinig, d.h. als etwa homogene Strömung, durch die Einlaßöffnung 4 in Richtung der Auslaßöffnung 6 eingeblasen wird. Innerhalb der Brennkammer 2 wird das Brenngemisch dann durch die entgegengerichtete Drallströmung der Sekundärluft S intensiv verwirbelt.
Im Falle der besonders vorteilhaften Ausführungsform nach Fig. 4 ist demgegenüber die Einrichtung 12 zum Einführen der Primärluft P derart ausgebildet, daß die Primärluft P unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials einerseits der Sekundärluft S entgegen in Richtung der Auslaßöffnung 6 strömt und dabei andererseits ebenfalls in eine Drallströmung um die Brennkammer-Achse 8 versetzt wird. Hierbei ist erfindungsgemäß die Drallrichtung der Primärluft P bzw. des Staub-Luft-Gemisches der Drallrichtung der Sekundärluft S entgegengesetzt. Durch diese besonders vorteilhafte Maßnahme wird eine außerordentlich intensive Durchmischung und daher ein praktisch absolut homogenes Brenngemisch erreicht. Hieraus resultiert eine zur thermischen Zerstörung von Schadstoffen genügend lange Verweilzeit sowie auch eine außerordentlich hohe Verbrennungstemperatur von jedenfalls mehr als 1200°, insbesondere etwa 1800 bis 2000° C. Es kann eine praktisch stöchiometrische Verbrennung mit einem außerordentlich geringen Luftüberschuß (λ ≈ 1,02) erreicht werden.
Wie sich nun aus Fig. 4 und 5 ergibt, ist zur Erzeugung der Drallströmung der Primärluft P, d.h. als Einrichtung 12 zum Einführen der Primärluft P, innerhalb der Einlaßöffnung 4 eine Drallklappeneinrichtung 18 mit insbesondere zur Drallveränderung neigungsverstellbaren Drallklappen 20 angeordnet. Diese Drallklappeneinrichtung 18 ist nach Art eines Turbinenrades bzw. eines Axiallüfters ausgebildet, wobei die Drallklappen über den Umfang der Einlaßöffnung 4 gleichmäßig verteilt angeordnet und dabei um radiale Achsen insbesondere stufenlos verschwenkbar sind, und zwar zwischen einer axial ausgerichteten Anordnung und einer dazu etwa senkrechten Anordnung, wobei dann die Öffnung 4 nahezu geschlossen ist. Hierdurch kann zusätzlich auch eine gewisse Regelung der Luftmenge erreicht werden. Jedenfalls dient die Drallklappeneinrichtung 18 zur Variabilität der Drallwirkung bzw. Drallintensität des Primärluft-Staub-Gemisches.
In beiden Ausführungsformen nach Fig.1 und 4 besteht erfindungsgemäß die Einrichtung 14 zum Einführen der Sekundärluft S im wesentlichen aus einem die Auslaßöffnung 6 umschließenden bzw. zur Auslaßöffnung 6 konzentrischen Einblasring 22, der eine sich in Richtung der Brennkammer 2 konisch erweiternde Innenfläche 24 sowie mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Luftschlitze 26 aufweist. Diese Luftschlitze 26 erstrecken sich vom Außenumfang 28 des Einblasringes 22 bis zu der Innenfläche 24 und sind dabei derart ausgerichtet, daß die von außen zugeführte Sekundärluft S durch die Luftschlitze 26 strömt und hierdurch in die in die Brennkammer 2 gerichtete Drallströmung versetzt wird. Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, ist der Einblasring 22 zweckmäßigerweise von mehreren einzelnen Ringelementen 30 gebildet, die jeweils zwischen sich die Luftschlitze 26 bilden bzw. begrenzen. Diese Ringelemente 30 werden durch geeignete, nicht näher beschriebene Haltemittel in ihrer Lage fixiert bzw. eingespannt. Vorzugsweise besteht der Einblasring 22 aus etwa vierundzwanzig einzelnen Elementen, so daß auch insgesamt vierundzwanzig Luftschlitze in einer über den Umfang gleichmäßigen Verteilung vorgesehen sind. Die Anzahl der Ringelemente 30 bzw. der Luftschlitze 26 kann jedoch stark variieren, und zwar in Abhängigkeit von der Auslegung der Brenner-Leistung und der jeweils benötigten Luftmenge.
Diesbezüglich ist es nun besonders vorteilhaft, wenn die Luftschlitze 26 des Einblasringes 22 hinsichtlich ihres wirksamen Strömungsquerschnittes derart düsenartig ausgebildet sind, daß die von außen mit einem bestimmten, d.h. durch das zur vollständigen Verbrennung bei λ ≈ 1 benötigte Luftvolumen festgelegten, Eingangsdruck zugeführte Sekundärluft S durch die verengten Luftschlitze 26 eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Verbrennungsstoffen in die Luftschlitze 26 verhindert. Somit wird vorteilhafterweise praktisch eine Selbstreinigung bzw. Selbst-Reinerhaltung der Luftschlitze 26 durch die eingedüste Sekundärluft S erreicht.
In den dargestellten, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist eine "Dreiteilung" der insgesamt benötigten Verbrennungsluft vorgesehen, indem zusätzlich zur Primär- und Sekundärluft P, S noch Tertiärluft T zugeführt wird. Zweckmäßigerweise schließt sich hierzu an die Auslaßöffnung 6 in die der Brennkammer 2 abgekehrte Richtung eine Nachverbrennungszone 32 mit einer Einrichtung 34 zum Zuführen der Tertiärluft T an. Hierbei kann die Verbrennung innerhalb der Brennkammer 2 unterstöchiometrisch mit einer Luftüberschußzahl bzw. "Luftmangelzahl" λ < 1 erfolgen. Es kann hierdurch eine besonders hohe Temperatur zur absolut sicheren Zerstörung von Schadstoffen, insbesondere Dioxinen, erreicht werden. Eine Vervollständigung der Verbrennung erfolgt dann in der Nachverbrennungszone 32 durch Zuführen der Tertiärluft T, wobei die Tertiärluft T mit einem Volumen pro Zeiteinheit zugeführt wird, daß vorzugsweise die Verbrennung insgesamt etwa stöchiometrisch erfolgt (λ etwa 1,02). Natürlich könnte durchaus auch mit höherem Luftüberschuß von z.B. λ ≈ 1,9 gefahren werden, wobei der Vorteil der guten und stabilen Verbrennung bestehen bleibt.
Wie sich nun aus Fig. 1 und 4 jeweils i.V.m. Fig. 3 ergibt, ist die Einrichtung 34 zum Zuführen der Tertiärluft T derart ausgebildet, daß die Tertiärluft T einerseits in die der Brennkammer 2 abgekehrte Richtung der Nachverbrennungszone 32 strömt, dabei aber andererseits auch in eine Drallströmung versetzt wird, wodurch die Verweilzeit innerhalb der Nachverbrennungszone 32 erhöht wird. Erfindungsgemäß sind hierbei die Drallrichtungen von Tertiärluft und Sekundärluft einander entgegengesetzt. Hierdurch wird eine nochmalige Vermischung und Verwirbelung des Brenngemisches erreicht. Zweckmäßigerweise besteht auch die Einrichtung 34 zum Zuführen der Tertiärluft T aus einem zur Auslaßöffnung 6 konzentrischen Einblasring 36, der in seiner konstruktiven Ausgestaltung grundsätzlich dem für die Sekundärluft S vorgesehenen Einblasring 22 entspricht, so daß an dieser Stelle der Einfachheit halber auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Hierzu sind gleiche bzw. sich funktionell entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Besonders hervorzuheben ist allerdings, daß sich die konische Innenfläche 24 des Einblasringes 36 in die der Brennkammer 2 abgekehrte Richtung erweitert. Zudem sind auch bei dem Einblasring 36 die Luftschlitze 26 so ausgebildet, daß die Tertiärluft T eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Stoffen aus den Rauchgasen wirksam verhindert. Als Tertiärluft T wird zweckmäßigerweise kalte Frischluft verwendet (mit Außen- bzw. Umgebungstemperatur).
Demgegenüber werden die Primärluft P und vorzugsweise auch die Sekundärluft S vor dem Einführen in die Brennkammer 2 zweckmäßigerweise aufgeheizt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Brennkammer 2 von einer Kammerwandung 38 begrenzt ist, die ihrerseits von einem äußeren Mantel 40 derart umschlossen ist, daß zwischen der Kammerwandung 38 und dem Mantel 40 ein die Kammerwandung 38 umschließender Hohlraum 42 gebildet ist. In diesen Hohlraum 42 mündet in einem der Auslaßöffnung 6 naheliegenden Bereich ein Lufteinlaß 44, und der Hohlraum 42 geht auf der der Auslaßöffnung 6 abgekehrten Seite in die Einlaßöffnung 4 über. Dabei ist vorzugsweise innerhalb des Hohlraums 42 zwischen der Kammerwandung 38 und dem äußeren Mantel 40 eine schraubenlinienförmig verlaufende Trennwand 46 derart angeordnet, daß die über den Lufteinlaß 44 zugeführte Luft die Kammerwandung 38 schraubenlinienförmig in Richtung der Einlaßöffnung 4 umströmt. Hierdurch wird eine gute und effektive Wärmeaufnahme bzw. Wärmeübertragung von der Brennkammer 2 über die Kammerwandung 38 auf die Luft erreicht (Wärmetauscher). Auch dies trägt dazu bei, daß innerhalb der Brennkammer 2 sehr hohe Brenntemperaturen erreicht werden können. Gleichzeitig wird vorteilhafterweise die Kammerwandung 38 gekühlt. Vorzugsweise strömt die Luft mindestens zweimal ganz um die Kammerwandung 38 herum, d.h. es ist eine Umströmung von mindestens 2 x 360° = 720° vorgesehen.
Wie allgemein üblich, ist auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Brennkammer 2 mit einem Innenmantel 48 aus einem feuerfesten Material ausgekleidet. Die hierzu üblicherweise verwendeten feuerfesten Materialien sind allerdings nur bis zu einer mittleren Temperatur von etwa 1600° C beständig. Daher ist es aufgrund der sehr hohen Brennkammer-Temperaturen von bis zu 2000° C besonders vorteilhaft, wenn zwischen der Kammerwandung 38 und dem feuerfesten Innenmantel 48 ein letzteren umschließender Hohlraum 50 für ein den Innenmantel 48 kühlendes Kühlmedium gebildet ist. Hierbei ist es dann ganz besonders vorteilhaft, wenn als Kühlmedium die Sekundärluft S verwendet wird, wozu vorzugsweise die über den Lufteinlaß 44 und den zwischen der Kammerwandung 38 und dem äußeren Mantel 40 gebildeten Hohlraum 42 zugeführte Luft im vor der Einlaßöffnung 4 liegenden Bereich in die Primärluft P und die Sekundärluft S aufgeteilt wird. Die Sekundärluft S strömt dann durch den Kühlmittel-Hohlraum 50 in Richtung der an der Auslaßöffnung 6 angeordneten Zuführeinrichtung 14. Zweckmäßigerweise geht der Kühlmittel-Hohlraum 50 unmittelbar in eine den Einblasring 22 umschließende Ringkammer 52 über, von der aus die Sekundärluft S durch die Luftschlitze 26 strömt. Durch diese besonders vorteilhafte Maßnahme wird somit einerseits eine effektive Kühlung des Innenmantels 48 erreicht, andererseits wird gleichzeitig die Sekundärluft S aufgeheizt.
Wie sich nun ferner aus Fig. 1 und 4 jeweils ergibt, ist im Bereich der Einlaßöffnung 4 ein insbesondere mit Leichtöl zu betreibender Zünd- und Stützbrenner 54 angeordnet.Dieser Brenner 54 dient einerseits zum erstmaligen Zünden im Anfahrbetrieb der erfindungsgemäßen Verbrenn-Vorrichtung 1. Sobald eine regelmäßige Verbrennung innerhalb der Brennkammer 2 erreicht ist, kann dieser Brenner 54 abgeschaltet werden. Andererseits wird aber der Zünd- und Stützbrenner 54 vorzugsweise von einer Steuerung automatisch so gesteuert, daß im Falle einer Unregelmäßigkeit der innerhalb der Brennkammer 2 ablaufenden Verbrennung der Zünd- und Stützbrenner 54 automatisch für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird. Für diese Funktion weist die den Brenner 54 schaltende Steuerung zur Überwachung einerseits der in der Brennkammer 2 ablaufenden Verbrennung und andererseits der Flamme des Brenners 54 jeweils insbesondere Fotozellen oder dergleichen Sensoren auf.
In Fig. 6 ist nun eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 veranschaulicht. Hierbei ist die Brennkammer 2 derart unmittelbar an einem Verbrennungskessel 56 insbesondere einer Müllverbrennungsanlage angeordnet, daß die über die Auslaßöffnung 6 austretenden Rauchgase direkt in den Feuerraum 58 des Verbrennungskessels 56 eingeleitet werden. Vorzugsweise ist hierbei die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 am Verbrennungskessel 56 derart gewählt, daß die Rauchgase in einem Bereich des Feuerraumes 58 in diesen eintreten, in dem eine Betriebstemperatur ≥ 1200° C herrscht. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine Unterkühlung der Feuerraumflamme durch Randeinflüsse und auch Strähnenbildung im Feuerraum ausgeschlossen. Bei dieser Anwendung eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 insbesondere zum Verbrennen des in der Müllverbrennungsanlage anfallenden Aktivkokses, wobei vorteilhafterweise ein stetiger Durchsatz, d.h. eine stetige Entsorgung möglich ist. Außerdem wird eine thermische Unterstützung der innerhalb des Verbrennungskessels 56 ablaufenden Verbrennung erreicht. Das aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 stammende Rauchgas wird dann zusammen mit den Rauchgasen aus der Abfallverbrennungsanlage einer üblichen Rauchgasreinigung zugeführt.
Gemäß Fig. 7 ist der Brennkammer 2 eine Aufbereitungseinrichtung 60 für das zu verbrennende Material vorgeordnet, die insbesondere aus einer Mahlvorrichtung 62 sowie Transporteinrichtungen 64 besteht. Im einzelnen wird der anfallende Aktivkoks aus einem Zwischensilo 66 über eine pneumatische Förderanlage 64a insbesondere mit Stickstoff zu der Mahlvorrichtung 62 gefördert und dort auf eine für eine gesicherte Verbrennung notwendige Feinheit aufgemahlen. Der gemahlene Koksstaub wird dann über eine Zellenradschleuse 64b ausgetragen und im weiteren mittels Tragluft der Verbrennung dosiert zugeführt. Dabei ist jede Einheit für sich vorteilhafterweise so ausgelegt, daß sie eine maximale Aktivkoksmenge kontinuierlich entsorgen kann. Dies bedeutet, daß jeder Verbrennungskessel mit seiner eigenen Verbrennvorrichtung ausgestattet ist, so daß die durch diesen Kessel anfallende Menge Aktivkoks unmittelbar in dem Kessel wieder entsorgt werden kann.
Alternativ zu dieser bevorzugten Anwendung ist es jedoch ebenfalls möglich, die über die Auslaßöffnung 6 aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 austretenden Rauchgase insbesondere über eine Rauchgaskühlung ("Quenche") einer Rauchgasreinigung (Rauchgas-Wäscher) zuzuführen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims (20)

  1. Vorrichtung zum Verbrennen von staubförmigen Materialien, mit einer Brennkammer (2) mit einer einseitigen Einlaßöffnung (4) für das zu verbrennende Material und einer der Einlaßöffnung (4) gegenüberliegenden Auslaßöffnung (6) für durch die Verbrennung entstehende Rauchgase, wobei im Bereich der Einlaßöffnung (4) eine Einrichtung (12) zum Einführen von sich mit dem zu verbrennenden Material vermischender Primärluft (P) sowie im Bereich der Auslaßöffnung (6) eine Einrichtung (14) zum Einführen von Sekundärluft (S) derart vorgesehen sind, daß die Sekundärluft (S) einerseits der Primärluft (P) entgegen in Richtung der Einlaßöffnung (4) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um eine durch Ein- und Auslaßöffnung (4, 6) verlaufende Brennkammer-Achse (8) versetzt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Auslaßöffnung (6) - in der aus der Brennkammer (2) führenden Auslaß-Richtung der Rauchgase gesehen - eine Nachverbrennungszone (32) mit einer Einrichtung (34) zum Zuführen von Tertiärluft (T) anschließt, wobei die Einrichtung (14) zum Einführen der Sekundärluft (S) einen die Auslaßöffnung (6) umschließenden Einblasring (22) aufweist, der eine sich in Richtung der Brennkammer (2) konisch erweiternde Innenfläche (24) sowie mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Luftschlitze (26) besitzt, die sich vom Außenumfang (28) bis zur Innenfläche (24) erstrecken und derart ausgerichtet sind, daß die von außen zugeführte Sekundärluft (S) durch die Luftschlitze (26) strömt und hierdurch in die in die Brennkammer (2) gerichtete Drallströmung versetzt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Einführen der Primärluft (P) derart ausgebildet ist, daß die Primärluft (P) unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials zunächst im wesentlichen geradlinig durch die Einlaßöffnung (4) in Richtung der Auslaßöffnung (6) eingeblasen und innerhalb der Brennkammer (2) durch die entgegengerichtete Drallströmung der Sekundärluft (S) verwirbelt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Einführen der Primärluft (P) derart ausgebildet ist, daß die Primärluft (P) unter Mitnahme des zu verbrennenden Materials einerseits der Sekundärluft (S) entgegen in Richtung der Auslaßöffnung (6) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung um die Brennkammer-Achse (8) versetzt wird, wobei die Drallrichtungen der beiden Drallströmungen der Primär- und Sekundärluft (P, S) einander entgegengerichtet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Einlaßöffnung (4) eine Drallklappeneinrichtung (18) mit insbesondere zur Drallveränderung neigungverstellbaren Drallklappen (20) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärluft-Einblasring (22) von mehreren einzelnen Ringelementen (30) gebildet ist, die jeweils zwischen sich die Luftschlitze (26) bilden.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschlitze (26) des Einblasringes (22) hinsichtlich ihres wirksamen Strömungsquerschnittes derart ausgebildet sind, daß die von außen mit einem bestimmten Eingangsdruck zugeführte Sekundärluft (S) durch die Luftschlitze (26) eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Verbrennungsstoffen in die Luftschlitze (26) verhindert.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (34) zum Zuführen der Tertiärluft (T) derart ausgebildet ist, daß die Tertiärluft (T) einerseits in die der Brennkammer (2) abgekehrte Richtung der Nachverbrennungszone (32) strömt und dabei andererseits in eine Drallströmung versetzt wird, wobei vorzugsweise die Drallrichtungen von Tertiär- und Sekundärluft (T, S) entgegengesetzt sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (34) zum Zuführen der Tertiärluft (T) einen zur Auslaßlöffnung (6) konzentrischen Einblasring (36) aufweist, der eine sich in die der Brennkammer (2) abgekehrte Richtung der Nachverbrennungszone (32) konisch erweiternde Innenfläche (24) sowie mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Luftschlitze (26) besitzt, die sich vom Außenumfang (28) bis zur Innenfläche (24) erstrecken und derart ausgerichtet sind, daß die von außen zugeführte Tertiärluft (T) durch die Luftschlitze (26) strömt und hierdurch in die in die Nachverbrennungszone (32) gerichtete Drallströmung versetzt wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einblasring (36) von mehreren einzelnen Ringelementen (30) gebildet ist, die jeweils zwischen sich die Luftschlitze (26) bilden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschlitze (26) des Einblasringes (36) hinsichtlich ihres wirksamen Strömungsquerschnittes derart ausgebildet sind, daß die von außen mit einem bestimmten Eingangsdruck zugeführte Tertiärluft (T) durch die Luftschlitze (26) eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erhält, daß sie ein Eindringen von Verbrennungsstoffen in die Luftschlitze (26) verhindert.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) von einer Kammerwandung (38) begrenzt ist, die ihrerseits von einem Mantel (40) derart umschlossen ist, daß zwischen der Kammerwandung (38) und dem Mantel (40) ein die Kammerwandung (38) umschließender Hohlraum (42) gebildet ist, in den in einem der Auslaßöffnung (6) naheliegenden Bereich ein Lufteinlaß (44) mündet, wobei der Hohlraum (42) auf der der Auslaßöffnung (6) abgekehrten Seite in die Einlaßöffnung (4) übergeht.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hohlraumes (42) zwischen der Kammerwandung (38) und dem Mantel (40) eine schraubenlinienför mig verlaufende Trennwand (46) derart angeordnet ist, daß die über den Lufteinlaß (44) zugeführte Luft die Kammerwandung (38) schraubenlinienförmig in Richtung der Einlaßöffnung (4) umströmt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) mit einem Innenmantel (48) aus feuerfestem Material ausgekleidet ist, wobei vorzugsweise zwischen der Kammerwandung (38) und dem feuerfesten Innenmantel (48) ein letzteren umschließender Hohlraum (50) für ein den Innenmantel (48) kühlendes Kühlmedium gebildet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium die Sekundärluft (S) verwendet wird, wobei vorzugsweise die über den Lufteinlaß (44) und den zwischen der Kammerwandung (38) und dem äußeren Mantel (40) gebildeten Hohlraum (42) zugeführte Luft im vor der Einlaßöffnung (4) liegenden Bereich einerseits in die zur Einlaßöffnung (4) strömende Primärluft (P) und andererseits die durch den Kühlmittel-Hohlraum (50) in Richtung der an der Auslaßöffnung (6) angeordneten Zuführ-Einrichtung (14) strömende Sekundärluft (S) aufgeteilt wird.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    gekennzeichnet durch einen im Bereich der Einlaßöffnung (4) angeordneten, insbesondere mit Leichtöl zu betreibenden Zünd- und Stützbrenner (54).
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zünd- und Stützbrenner (54) von einer Steuerung automatisch so gesteuert wird, daß im Falle einer Unregelmäßigkeit der innerhalb der Brennkammer (2) ablaufenden Verbrennung der Zünd- und Stützbrenner (54) automatisch für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Überwachung einerseits der in der Brennkammer (2) ablaufenden Verbrennung und andererseits der Flamme des Zünd- und Stützbrenners (54) jeweils Fotozellen oder dergleichen Sensoren aufweist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) derart unmittelbar an einem Verbrennungskessel (56) insbesondere einer Müllverbrennungsanlage angeordnet ist, daß die über die Auslaßöffnung (6) austretenden Rauchgase in den Feuerraum (58) des Verbrennungskessels (56) eingeleitet werden, und zwar vorzugsweise in einem Bereich des Feuerraumes (58), in dem im Betrieb eine Temperatur ≥ 1200° C herrscht.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß die über die Auslaßöffnung (6) austretenden Rauchgase insbesondere über eine Rauchgaskühlung einer Rauchgasreinigung zugeführt und dann in die Atmosphäre geleitet werden.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
    gekennzeichnet durch eine der Brennkammer (2) vorgeordnete Aufbereitungseinrichtung (60) für das zu verbrennende Material, die insbesondere aus einer Mahlvorrichtung (62) sowie Transporteinrichtungen (64a,b) besteht.
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