Verfahren und Verbrennungsofen zur Verbrennung von minderwertigem Brennmaterial, insbesondere Müllpellets

Abstract

 Minderwertiges Brennmaterial (8a) wird in einer Retorte (2) weitgehend entgast und unmittelbar anschließend verbrannt. Das in der Retorte (2) entstehende Pyrolysegas wird unmittelbar in eine Brennkammer (11) geleitet und oberhalb des entgasten Brennmaterials (8) verbrannt.
Der Verbrennungsofen (1) weist einen lotrechten bis auf die Füllöffnung (4) und eine untere Austragsöffnung (6) allseitig durch Füllschachtwände (3) geschlossenen Füllschacht (2) mit einem dicht unter der Austragsöffnung (6) vorgesehenen Rost (7) auf. Die Brennkammer (11) umgibt sämtliche lotrechte Füllschachtwände (3). Querschnitt und Höhe des Füllschachtes (2) sind so bemessen, daß das Brennmaterial (8a) im Füllschacht (2) weitgehend entgast wird. Das hierbei erzuegte Pyrolysegas kann nur unten aus dem Füllschacht (2) unmittelbar in die Brennkammer oberhalb des Schüttkegels (8) des brennenden, entgasten Brennmaterials entweichen und verbrennt unter Luftzufuhr, wobei eine Nachverbrennung der Rauchgase erzielt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Uerbrennungsofen zur Verbrennung von minderwertigem Brennmaterial, insbesondere Müllpellets, bei dem das Brennmaterial in einer Retorte zumindest teilweise entgast, unmittelbar anschließend zusammen mit dem in der Retorte entstehenden Pyrolysegas in einer Brennkammer verbrannt wird und die Rauchgase unter anderem zur Beheizung der Retorte verwendet werden.

[0002] Bei einem nach diesem Verfahren arbeitenden Verbrennungsofen (DE-OS 25 14 589) ist der Uerbrennungsofen mit einem, oben eine verschließbare Füllöffnung aufweisenden, im wesentlichen lotrechten Füllschacht und einer an den Füllschacht unmittelbar angrenzenden Brennkammer versehen.

[0003] Der Füllschacht dient hier hauptsächlich als Trockenraum. Dadurch, daß nur eine bzw. zwei der im wesentlichen lotrechten Füllschachtwände an die Brennkammer angrenzen und dadurch, daß der Verbrennungsofen eine verhältnismäßig geringe Bauhöhe und einen großen Querschnitt aufweist, wird das Brennmaterial in dem Füllschacht nur entgast.

[0004] Die hierbei im Füllschacht entstehenden Schwelgase, die hauptsächlich Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen, aber auch etwas Pyrolysegas enthalten, werden über einen oder mehrere an der Peripherie des Verbrennungsofens angeordnete, den oberen Teil des Füllschachtes mit dem Aschenraum verbindende Kanäle in den Aschenraum geleitet und dort mit Luft vermischt. Sie treten dann durch einen unterhalb des Füllschachtes vorgesehenen Rost, auf dem das vorgetrocknete und teilweise entgaste Brennmaterial verbrannt wird. In der Feuerglut werden die mitgeführten hohlenstoff-Teilchen und das Pyrolysegas verbrannt. Bei der Verbrennung entstehen Rauchgase, welche in sich wiederum unverbrannte Kohlenstoff-Teilchen mitführen. Zu deren Verbrennung sind in der Brennkammer mit Löchern versehene Rohre angeordnet, die zur Zuführung von Sekundärluft dienen. Durch die Sekundärluft soll eine Nachverbrennung erreicht werden.

[0005] Durch die massierte Zugabe von Frischluft in die Nachverbrennungszone muß mit hohem Luftüberschuß gefahren werden. Dies bedeutet eine theoretisch unnötige Vervielfachung der zu reinigenden Rauchgasmenge. Außerdem wird durch die Hindurchleitung des Schwelgases durch die Feuerglut der Verbrennungsvorgang wegen dem Wasserdampf negativ belastet. Wenn andererseits das Schwelgas größere Mengen an Pyrolysegas enthält, so führt das Hindurchleiten des Schwelgases durch die Feuerglut nicht nur zu einer höheren Temperaturbelastung des Rostes, sondern auch dazu, daß die Asche teilweise schmilzt, was zu Funktionsstörungen beim Austrag der Asche führen kann.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbrennung von minderwertigem Brennmaterial, insbesondere Müllpellets, der eingangs erwähnten Art und einen Verbrennungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei welchem die Rauchgase weitgehend von unverbrannten Kohlenstoff-Teilchen und kohlenstoffmonoxyd befreit sind und wenig Schadstoffe enthalten, möglichst geringe Rauchgasmengen anfallen, und bei dem außerdem der zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Verbrennungsofen verhältnismäßig einfach im Aufbau und wenig störanfällig ist.

[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Brennmaterial in der Retorte möglichst weitgehend entgast und das hierbei entstehende Pyrolysegas aus der Retorte unmittelbar in die Brennkammer geleitet und dort unter Luftzufuhr oberhalb des entgasten Brennmaterials verbrannt wird.

[0008] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Pyrolysegas nicht etwa durch den Rost und das hierauf befindliche brennende Brennmaterial geleitet, sondern unmittelbar aus der Retorte in einen Bereich der Brennkammer oberhalb des brennenden Brennmaterials. Dort vermischt sich das Pyrolysegas mit der über eine Sekundärluftzuführung zugeführte Luft und verbrennt mit hoher Temperatur. Durch die mit hoher Temperatur brennende Pyrolysegasflamme wird der im Rauchgas aus der Verbrennung des Brennmaterials enthaltene Kohlenstoff vollständig verbrannt. Die den Verbrennungsofen verlassenden Rauchgase sind hierdurch optimal sauber. Sie enthalten auch verhältnismäßig geringe Anteile an sonstigen Schadstoffen. Wichtig bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch, daß das Brennmaterial in der Retorte möglichst weitgehend entgast wird, da für die Verbrennung des hierbei entstehenden Pyrolysegases eine viel kleinere Luftmenge erforderlich ist, und durch eine möglichst große Pyrolysegasflamme für eine vorzügliche Ausbrennung der Rauchgase gesorgt wird. Die benötigte Luftmenge beträgt etwa nur 1/3 der bisher benötigten Luftmenge. Dies ist für die nachfolgende Rauchgasreinigung von wesentlichem Vorteil, denn die Rauchgas-Reinigungsanlage kann bedeutend kleiner sein. Weiterhin hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Verbrennung in zwei Temperaturzonen erfolgt. Bei der Verbrennung des entgasten Brenmaterials ist die Temperatur verhältnismäßig niedrig und wird keinesfalls zu einem Schmelzen der Asche führen. Störungen beim Austrag der Asche werden hierdurch vermieden und außerdem wird auch die Lebensdauer des Rostes verlängert bzw. die Konstruktion des Rostes vereinfacht. Bei der Verbrennung der großen Menge von Pyrolysegas, welches unmittelbar aus der Retorte in die Brennkammer übertritt, wird dagegen ein sehr hoher Verbrennungstemperatis erreicht, was für die Energiegewinnung von Vorteil ist. Außerdem ist ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlicher Verbrennungsofen verhältnismäßig einfach im Aufbau und wenig störanfällig.

[0009] Ausgehend von einem bekannten Verbrennungsofen (DE-OS 25 14 589) mit mindestens einem oben eine verschließbare Füllöffnung aufweisenden, im wesentlichen lotrechten Füllschacht, einer an den Füllschacht unmittelbar angrenzenden Brennkammer, einem unterhalb des Füllschachtes angeordneten Rost und mindestens einer oberhalb des Rostes in die Brennkammer mündenden Sekundärluftzuführung, wobei die Füllschachtwände bis dicht über den im Querschnitt größer als die untere Austragsöffnung des Füllschachtes ausgebildeten Rost reichen, derart, daß sich auf dem Rost ein Schüttkegel von im Füllschacht zumindest teilweise entgastem Brennmaterial bildet und dort verbrennt, ist der erfindungsgemäße Verbrennungsofen dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer sämtliche im wesentlichen lbtrechte Füllschachtwände umgibt, daß der Querschnitt und die Höhe des Füllschachtes so bemessen sind, daß das Brennmaterial im Füllschacht weitgehend entgast wird, und daß der Füllschacht bis auf seine Austragsöffnung und seine Füllöffnung allseitig geschlossen ist, derart, daß das im Füllschacht erzeugte Pyrolysegas nur unten aus dem Füllschacht unmittelbar in die Brennkammer oberhalb des Schüttkegels entweichen kann und dort unter Luftzufuhr verbrennt.

[0010] Dieser neue Verbrennungsofen ist verhältnismäßig einfach im Aufbau und auch wenig störanfällig. Mit ihm kann eine optimale Verbrennung von minderwertigem Heizmaterial, insbesondere Müllpellets durchgeführt werden, wobei der Kohlenstoff im Rauchgas durch die überlagernde Verbrennung mittels des Pyrolysegases weitestgehend verbrannt ist und der Schadstoffanteil im Rauchgas verhältnismäßig niedrig ist. Außerdem ist auch die zur Verbrennung erforderliche Luftmenge verhältnismäßig gering, so daß die Rauchgasmenge verringert wird und die Rauchgas-Reinigungsanlage kleine Abmessungen aufweisen kann.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0012] Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsofens,

Figur 2 einen Vertikalschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles nach der Linie II-II der Fig. 3,

Figur 3 einen Horizontalschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,

Figur 4

und 5 Horizontalschnitte durch zwei weitere Ausführungsbeispiele.

[0013] Der Ofen 1 weist einen zentralen, lotrechten Füllschacht 2 auf, der durch die Füllschachtwände 3 begrenzt wird. Oben ist der Füllschacht 2 mit einer Füllöffnung 4 versehen, die durch einen Drehschieber 5 verschließbar ist. Unterhalb der unteren Austragsöffnung 6 des Füllschachtes 2 ist der Rost 7 angeordnet. Dieser Rost 7 weist einen horizontalen Querschnitt auf, der größer ist als der Querschnitt der Austragsöffnung 6 des Füllschachtes 2, so daß sich auf dem Rost ein Schüttkegel 8 von entgastem Brennmaterial ausbilden kann. Unterhalb des Rostes 8 sind eine Primärluftzuführung 9 und eine Ascheaustragsvorrichtung 10 vorgesehen.

[0014] Die Füllschachtwände 3 sind allseitig von einer Brennkammer 11 umgeben. Dies ist eine erste wichtige Voraussetzung dafür, daß das im Füllschacht 2 enthaltene Brennmaterial weitgehend entgast wird. Weiterhin sind der Querschnitt D und die Höhe H des Füllschachtes 2 ebenfalls so ausgebildet, daß das Brennmaterial 8a im Füllschacht 2 weitgehend entgast wird. Zu diesem Zweck kann der zweckmäßig im Querschnitt kreisförmige Füllschacht 2 einen Durchmesser von etwa 400 - 600 mm und eine Höhe von 3 - 4 m oder mehr aufweisen. Wichtig ist weiterhin, daß der Füllschacht bis auf die durch den Drehschieber 5 verschließbare Füllöffnung 4 und die Austragsöffnung 6 allseitig geschlossen ist. Durch die in der Brennkammer 11 außen an den Füllschachtwänden 3 entlangstreichenden heißen Rauchgase wird das im Füllschacht befindliche Brennmaterial stark erhitzt und nahezu vollständig entgast.

[0015] Als Brennmaterial werden vorzugsweise Müllpellets verwendet, die beispielsweise nach dem Verfahren gemäß der DE-PS 25 10 465 hergestellt sind. Es können aber auch andere minderwertige Brennmaterialien verbrannt werden, wie z.B. loser Hausmüll, Säge- und Hobelspäne, Torf, gehexeltes Stroh, Nußschalen und gegebenenfalls auch Ölschiefer oder Ölsand.

[0016] Da der Füllschacht 2 allseitig geschlossen ist, kann das bei der Entgasung entstehende Pyrolysegas nur unten aus dem Füllschacht 2 in die Brennkammer 11 entweichen und zwar in einem Bereich oberhalb des Schüttkegels 8. In diesem Bereich wird in die Brennkammer 11 über die Öffnungen 14 oder andere geeignete Sekundärluftzuführungen Sekundärluft in die Brennkammer 11 eingeleitet. Das aus dem Füllschacht 2 unten entweichende Pyrolysegas vermischt sich mit dieser Sekundärluft und verbrennt in Form eines Flammenkranzes oberhalb des Schüttkegels B. Bei der Verbrennung des Pyrolysegases entstehen Temperaturen von über 1100°C. Durch den Flammenkranz 12 werden die aus dem Schüttkegel 8 austretenden Rauchgase, die noch brennbare Stoffe, insbesondere Kohlenstoff enthalten, nachverbrennt, so daß die Rauchgase optimal sauber sind. Die hohe Temperatur, die durch die Verbrennung des Pyrolysegases im Rauchgas erreicht wird, ist für die Energiegewinnung sehr günstig. Die heißen Rauchgase werden dann durch einen nicht dargestellten Wärmetauscher in üblicher Weise hindurchgeführt. Da die hohen Temperaturen erst in der Brennkammer und nicht etwa im Schüttkegel 8 erreicht werden, wird auch ein Schmelzen der Asche vermieden.

[0017] Wichtig ist es, daß der Füllschacht 2 allseitig von der Brennkammer 11 umgeben und so bemessen ist, daß das in ihm enthaltene Brennmaterial 8a weitgehend entgast wird. Zum Verbrennen des Pyrolysegases ist nämlich ein kleinerer Luftanteil erforderlich. So braucht man für die Verbrennung von 1 kg Müll mit einem Heizwert von 1500 kcal etwa 3 cbm Luft. Wird hingegen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsofen das Brennmaterial weitgehend entgast, so entstehen aus einer heizwertgleichen Menge Müllpellets etwa 0,5 cbm Pyrolysegas und etwa 0,5 kg entgastes Brennmaterial (Pyrolysat). Zur Verbrennung dieser Mengen von Pyrolysegas und Porolysat sind jeweils etwa 0,5 cbm Luft, zusammen also 1 cbm Luft erforderlich. Die geringere Luftmenge hat den Vorteil, daß auch geringere Rauchgasmengen entstehen, was wiederum dann von Vorteil ist, wenn das Rauchgas anschließend gereinigt werden muß. Die hierfür erforderlichen Reinigungsanlagen können kleiner gehalten werden. Außerdem kann durch das Pyrolyseges eine weit höhere Rauchgastemperatur erreicht werden als dies allein bei normaler Verbrennung des minderwertigen Brennmaterials möglich wäre.

[0018] Der Abstand A des unteren Randes 3a der Füllschachtwände vom Rost 7 ist so bemessen, daß das im Füllschacht 2 erzeugte Pyrolysegas unterhalb des unteren Randes 3a der Füllschachtwände 3 in die Brennkammer 11 entweicht. Hierbei sollte dieser Abstand so bemessen sein, daß das Pyrolysegas am unteren Rand 3a allseitig im wesentlichen gleichmäßig entweicht, damit ein gleichmäßiger und geschlossener Flammenkranz 12 entsteht.

[0019] Damit das Pyrolysegas auch tatsächlich in der gewünschten Weise unten aus dem Füllschacht 2 entweicht, muß die Füllöffnung 4 durch eine Schleuse 5 beispielsweise in Form eines Drehschiebers geschlossen sein. Über diesen Drehschieber kann Brennmaterial kontinuierlich oder absatzweise nachgefördert werden.

[0020] Anstelle eines derartigen Drehschiebers 5 kann man gegebenenfalls auch wie es in Fig. 2 - 5 dargestellt ist, Förderschnecken 13 vorsehen. Bei Verwendung derartiger Förderschnecken 13 ist es vorteilhaft, in dem Füllschacht 2 Unterdruck zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Brennkammer 11 ein nicht dargestelltes Gebläse nachgeschaltet wird, durch welches die Rauchgase abgezogen werden. Durch den im Füllschacht 2 erzeugten Unterdruck wird verhindert, daß Pyrolysegas durch die Füllöffnung 4 austritt.

[0021] Das in Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur durch den Querschnitt des Verbrennungsofens und durch die Ausgestaltung der Brennmaterialzufuhr. Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Verbrennungsofen der Füllschacht 2 und die ihm zugeordneten Teile zylindrisch bzw. kreisförmig sind, sind bei dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Füllschacht 2 und die ihm zugeordneten Teile im Querschnitt rechteckig ausgestaltet. Teile gleicher Funktion sind mit den gleichen Bezugszeichen wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Auch bei dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Füllschacht 2 allseitig von einer Brennkammer 11 umgeben und durch entsprechende Querschnittsbemessungen und Höhe des Füllschachtes 2 ist dafür Sorge getragen, daß das Brennmaterial im Füllschacht möglichst weitgehend entgast wird.

[0022] Um die Entgasung bei größeren Querschnitten des Füllschachtes ebenfalls zu gewährleisten, kann gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auch innerhalb des Füllschachtes eine von den Füllschachtwänden 3' begrenzte zusätzliche Brennkammer 11' vorgesehen sein.

[0023] Man kann auch, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, in einem Verbrennungsofen mehrere Füllschächte 2 anordnen und allseitig mit einer Brennkammer 11 umgeben, so daß auf diese Weise der Querschnitt jedes einzelnen Füllschachtes 2 nur so groß ist, daß eine möglichst weitgehende Entgasung des Brennmaterials im Füllschacht sichergestellt ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verbrennung von minderwertigem Brennmaterial, insbesondere Müllpellets, bei dem das Brennmaterial in einer Retorte zumindest teilweise entgast, unmittelbar anschließend zusammen mit dem in der Retorte entstehenden Pyrolysegas in einer Brennkammer verbrannt wird und die Rauchgase unter anderem zur Beheizung der Retorte verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennmaterial in der Retorte möglichst weitgehend entgast und das hierbei entstehende Pyrolysegas aus der Retorte unmittelbar in die Brennkammer geleitet und dort unter Luftzufuhr oberhalb des entgasten Brennmaterials verbrannt wird.

2. Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem oben eine verschließbare Füllöffnung aufweisenden, im wesentlichen lotrechten Füllschacht, einer an den Füllschacht unmittelbar angrenzenden Brennkammer, einem unterhalb des Füllschachtes angeordneten Rost und mindestens einer oberhalb des Rostes in die Brennkammer mündenden Sekundärluftzuführung, wobei die Füllschachtwände bis dicht über den im Querschnitt größer als die untere Austragsöffnung des Füllschachtes ausgebildeten Rost reichen, derart, daß sich auf dem Rost ein Schüttkegel von im Füllschacht zumindest teilweise entgastem Brennmaterial bildet und dort verbrennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (11,11') sämtliche im wesentlichen lotrechte Füllschachtwände (3,3') umgibt, daß der Querschnitt und die Höhe (H) des Füllschachtes (2) so bemessen sind, daB das Brennmaterial (8a) im Füllschacht (2) weitgehend entgast wird, und daß der Füllschacht (2) bis auf seine Austragsöffnung (6) und seine Füllöffnung (4) allseitig geschlossen ist, derart, daB das im Füllschacht (2) erzeugte Pyrolysegas nur unten aus dem Füllschacht (2) unmittelbar in die Brennkammer (11,11') oberhalb des Schüttkegels (8) entweichen kann und dort unter Luftzufuhr verbrennt.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) des unteren Randes (3a) der Füllschachtwände (3) vom Rost (7) so bemessen ist, daB das im Füllschacht (2) erzeugte Pyrolysegas durch die Austragsöffnung (6) unterhalb des unteren Randes (3a) der Füllschachtwände (3) in die Brennkammer (11) entweicht.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) des unteren Randes (3a) der Füllschachtwände (3) vom Rost (7) so bemessen ist, daß das im Füllschacht (2) erzeugte Pyrolysegas am unteren Rand (3a) des Füllschachtes (2) allseitig im wesentlichen gleichmäßig entweicht.

5. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllöffnung (4) durch eine Schleuse (5,13) verschließbar ist.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllöffnung (4) durch einen Drehschieber (5) verschließbar ist.

7. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Füllschacht (4) durch ein der Brennkammer (11) nachgeschaltetes Gebläse ein Unterdruck erzeugbar ist.

Zeichnung