[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Verbrennungsofen zum Verbrennen von
stückigen organischen Feststoffen, vorzugsweise Abfällen, und zum Erzeugen von Brenngasen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 4. Ein derartiges
Verfahren und ein derartiger Verbrennungsofen sind aus der DE-PS 26 04 409 und der
DE-OS 27 35 139 bekannt.
[0002] Die bekannten Verfahren und die bekannten Verbrennungsöfen dienen dazu, Feststoff-Abfälle
unterschiedlichster Konsistenz möglichst umweltfreundlich zu verbrennen, was damit
auch tatsächlich möglich ist, weil als Verbrennungsprodukte im wesentlichen nur Asche
und ungefährliche Abgase entstehen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun,
dieses bekannte Verfahren und diesen bekannten Verbrennungsofen so weiter zu verbessern,
daß auch bei größerem Abfalldurchsatz und damit vergrößertem Schachtquerschnitt eine
einwandfreie Verbrennung gewährleistet ist, und zwar bei kompakter und vergleichsweise
konstruktiv einfacher Gestaltung des Verbrennungsofens, und daß die entstehenden Brenngase
sich aufgrund ihrer Eigenschaften und der Konstanz ihrer Zusammensetzung zur Energieerzeugung
eignen. Gelöst wird diese Aufgabe verfahrensmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs
1, vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 4.
[0003] Gemäß der Erfindung werden also zwei einander nachgeschaltete Engstellen im Schacht
vorgesehen, wobei diese Engstellen in der Praxis zweckmäßigerweise durch Kipproste
gebildet sind. Dabei dient der obere Rost dazu, die von oben her in den Schacht eingeführten
Abfälle zu stauen und den Schachtraum zwischen den beiden Rosten in dosierter Weise
zuzuführen. Oberhalb des oberen Rostes werden die Abfälle getrocknet und entgast,
teilweise auch bereits aufgrund der im Bereich des oberen Rostes zugeführten Reaktionsgase
vergast. Die in den Zwischenraum zwischen den beiden Rosten gelangenden, getrockneten,
entgasten und bereits teilweise vergasten Abfälle werden dann durch den unteren Rost
gestaut, und es erfolgt unter weiterer Zugabe von Reaktionsgas eine vollständige Vergasung
der Abfälle zu Asche und Brenngas, wobei die Asche durch den Rost nach unten fällt
und die Brenngase ebenfalls nach unten abgezogen werden. Zweckmäßigerweise werden
die beiden Roste gemäß den Ansprüchen 2 und 5 zu Schwingungen in Form von kontinuierlichen
oder intermittierenden periodischen Drehbewegungen begrenzter Amplitude angeregt,
womit ein gleichmäßiges Nachrutschen der gestauten Abfallstücke gewährleistet und
ein Randdurchbrand und/oder Hochbrand im Abfallstapel vermieden wird.
[0004] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbrennungsofens und aus der zugehörigen
Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur einen Vertikalschnitt durch den Verbrennungsofen.
[0005] In der Zeichnung ist der Verbrennungsofen im ganzen mit 10 bezeichnet. Im Ofen ist
ein aufrechtstehender Schacht 11 angeordnet, in den von oben her ein Rohr 12 zum Einfüllen
der zu verbrennenden Abfälle einmündet. Im Schacht 11 sind zwei Engstellen vorgesehen,
die durch Roste 13 und 14 gebildet werden. Der Rost 13 ist ein um eine Mittelachse
13a schwenkbarer Kipprost, wobei der Rost-Durchlaß die Form eines Spaltes 15a hat,
der einerseits durch die Innenwand des Schachts 11 und andererseits durch den Außenrand
des Rosts 13 begrenzt wird. Die Achse 13a ist als Hohlwelle ausgebildet, deren Innenraum
als Zuführleitung für Reaktionsgas dient, das dann durch Austrittsöffnungen 13b des
Rosts 13 in das Innere des Schachts 11 gelangt. Der grundsätzliche Aufbau eines derartigen
Kipprosts 13 ist bekannt, so daß hier auf weitere Detailerläuterungen verzichtet werden
kann. Zusätzlich kann Reaktionsgas durch die in der Schachtwand verlaufenden und in
das Schachtinnere mündenden Leitungen 13c und 14c zugeführt werden. Dabei ist jedoch
darauf hinzuweisen, daß in vielen Fällen mit den Reaktionsgas-Zuführungen 13b, 14b
oder 13c, 14c auszukommen ist, wobei im letzteren Fall auf die Ausbildung der Rostwellen
13a, 14a als Hohlwellen verzichtet werden kann. Einen ähnlichen Aufbau weist der den
unteren Abschluß des Schachts 11 bildende Rost 14 auf, der um seine Achse 14a schwenkbar
ist, die ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet ist und Reaktionsgas den Austrittsöffnungen
14b zuführt. Unterhalb des Rosts 14 befindet sich ein Aschenraum 16 mit auf der Zeichnung
nur angedeutetem Aschenkasten bzw. -behälter 17. Schließlich weist der Schacht 11
nahe benachbart seiner Decke noch eine Einlaßöffnung 22 auf, durch die erforderlichenfalls
Trocknungsund/oder Reaktionsgas eingeleitet werden kann.
[0006] Unterhalb des unteren Kipprosts 14 geht vom Schacht 11 bzw. dem Aschenraum 16 eine
Abgasleitung 18 ab, die mit ihrem Düsenende 18a in eine Mischkammer 19 mündet, die
an ihrer Innenwandung mit Eintrittsdüsen 20 für Reaktionsgas versehen ist und die
sich in eine nur teilweise dargestellte Brennkammer 21 öffnet. Die erwähnten Eintrittsdüsen
20 sind so angeordnet und angestellt, daß an dieser Stelle eine intensive Vermischung
von Schwel- und Reaktionsgas erfolgt.
[0007] Der dargestellte Verbrennungsofen 10 arbeitet folgendermaßen. Zum Start des Verbrennungsvorgangs
werden zunächst die zu verbrennenden Stoffe über das Rohr 12 dem Schacht 11 zugeführt,
wobei sich die Stoffe über dem Rost 13 stauen. Es bildet sich also auf den Rost 13
der in der Zeichnung angedeutete Stoffstapel mit oberem Schüttkegel. Nunmehr wird
die Reaktionsgaszufuhr zu den beiden Rosten 13 und 14 und/oder den Öffnungen 13c,
14c geöffnet und durch eine nicht gezeichnete bekannte Anzündvorrichtung der Abfallstapel
über dem Rost 13 entzündet, und zwar unmittelbar über der Rostfläche bzw. dem Durchlaßspalt
15. Nach einer gewissen Startphase bildet sich auf dem Rost 13 ein Glutbett aus. Die
Abfälle im obersten Bereich des Stoffstapels erfahren eine Trocknung, und zwar durch
die sich ausbildende Temperatur, gegebenenfalls unterstützt durch das aus der Öffnung
22 einströmende Trocknungs- und/oder Reaktionsgas. Die im Mittelbereich zwischen Trocknungszone
und Glutbett des Stoffstapels befindlichen Materialstücke werden aufgrund der vom
erwähnten Glutbett her übertragenen Temperatur entgast und die im unteren Bereich
des Abfallstapels befindlichen Abfallstücke, die sich ja im Glutbett bzw. unmittelbar
darüber befinden und im Strom des aus den Austrittsöffnungen 13b austretenden Reaktionsgases
liegen, werden zumindest teilweise einem Vergasungsprozeß unterworfen. Durch den einsetzenden
Vergasungsprozeß mit Beginn einer Auflösung des Kohlenstoffgerüsts erfolgt eine Zerlegung
der Abfallstücke, so daß diese den Durchlaßspalt 15a passieren, wobei dann eine erneute
Stauung durch den Rost 14 erfolgt, dessen Durchlaßspalt 15b kleiner dimensioniert
sein kann als der Durchlaßspalt 15a des Rostes 13. In dieser Aufschüttung auf dem
Rost 14 aus teilweise bzw. vorvergasten Abfällen kommt es nun aufgrund des vom Rost
14 über die Öffnungen 14b und/oder die erwähnten seitlichen Schachtwand-Öffnungen
13c, 14c zugeführten zusätzlichen Reaktionsgase zur Ausbildung eines Glutbetts mit
Temperaturen, die zu einer vollständigen Vergasung der Stoffe zu Asche und Brenngas
führen. Die Asche passiert den schmalen Durchlaßspalt 15b und fällt in den Aschenraum
16, die Brenngase, und zwar alle im Schacht 11 entstehenden Brenngase, werden nach
unten abgezogen und über die Leitung 18 aus dem Schacht ausgetragen. Die Brenngase
gelangen dann durch die Düse 18a hindurch in die Mischkammer 19, wo sie mit durch
die Düsen 20 zugeführtem Reaktionsgas intensiv vermischt werden; das von der Mischkammer
19 in die Brennkammer 21 gelangende Brenngas-Reaktionsgas-Gemisch wird dann in der
Brennkammer 21 verbrannt.
[0008] Als durch die Öffnungen 13b, 14b, 13c, 14c, 22 sowie die Düsen 20 zugeführtes Reaktionsgas
kann ebenfalls Luft Verwendung finden, jedoch auch mit Luft oder mit Sauerstoff vermischtes,
aus dem System entnommenes Rauchgas, bei sehr hoher Glutbettemperatur sogar Rauchgas
allein. Besonders wirkungsvoll ist ein aus Rauchgas oder Kohlendioxid und - statt
Luft - reinem Sauerstoff bestehendes Reaktionsgas, weil es keinen Stickstoff enthält.
Der in der Luft enthaltene Stickstoff fördert nämlich die Verbrennung nicht, führt
aber häufig zur Bildung unerwünschter Stickoxide. Die Temperaturen im Bereich unmittelbar
über dem oberen Rost 13 können beispielsweise bei etwa 600°C bis 800°C liegen, die
im Bereich unmittelbar über dem unteren Rost 14 beispielsweise bei bis zu 900°C, wobei
die Temperatur beider Stufen über die Reaktionsgaszuführung steuerbar ist.
[0009] Vorzugsweise werden die beiden Roste 13 und 14 über ihre Achsen 13a, 14a zu Kippbewegungen
angeregt. Dabei bringt der obere Rost 13 eine mechanische Schubbewegung in das Material
ein, mit der Folge, daß es auch bei größeren Schachtquerschnitten nicht zu zentralen
Toträumen im Abfallstapel und nicht zu Durchbranderscheinungen im Außenbereich des
Stapels kommt. Die Drehbewegungen des unteren Rostes 14 sorgen dafür, daß die Bildung
feinkörniger Asche sowie der Transport der Asche durch den Rost-Spalt gefördert wird.
Zweckmäßigerweise wird dabei der obere Rost 13 mit einer höheren Frequenz und/oder
Amplitude zu Drehbewegungen angeregt als der untere Rost 14.
[0010] Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Trocknungs-, Entgasungs-
und Vergasungsprozeß sehr gleichmäßig und ohne wesentliche Spitzen abläuft und erforderlichenfalls
beschleunigt werden kann, womit sich sowohl die Leistung als auch die Konstanz der
Gaszusammensetzung beträchtlich verbessern lassen. Letzteres ist von besonderer Bedeutung
dann, wenn die Brenngase zum Betreiben eines Gasmotors verwendet werden sollen, die
Brennkammer 21 also die Brennkammer eines Gasmotors ist. Auch dann jedoch, wenn die
aus dem Schacht abgezogenen Gase lediglich zum Zweck der Umsetzung verbrannt werden,
nur teilweise in das System zur Aufrechterhaltung der Schachttemperatur und/oder als
Reaktionsgas dienen oder zum Betrieb von Wärmetauschern herangezogen werden, erweist
sich ein gleichmäßiger Verbrennungsvorgang als günstig. Weiterhin hat sich gezeigt,
daß durch die intensive Materialbewegung, hervorgerufen durch die sich bewegenden
Roste, und durch die großflächigen Reaktionsgaszuführungen das Material in eine sehr
starke Reaktion gebracht werden kann, mit der Folge einer Leistungssteigerung gegenüber
bisherigen Verbrennungsöfen. Auch ist es möglich, den Verbrennungsofen nur mit den
Reaktionsgaszuführungen 13b, 14b oder nur mit den Reaktionsgasöffnungen 13c, 14c auszurüsten;
die Entscheidung hängt dabei insbesondere von der Größe des Verbrennungsofens sowie
Durchsatzmenge und Beschaffenheit der Abfallstoffe ab. Durch die obere Einlaßöffnung
22 wird man dann Gas zuführen, wenn der Abfall sehr feucht ist (Trocknungsgas-Zuführung)
oder wenn ein bis in den oberen Schachtbereich reichendes Glutbett erwünscht ist (Reaktionsgas-Zuführung).
Schließlich ist von Vorteil, daß es bei der Erfindung nicht erforderlich ist, zentrale
Düsenrohre und/oder Rührwerke im Schacht vorzusehen. Zusätzlich werden aufgrund des
geringeren Materialeinsatzes die An- und Abfahrzeiten reduziert. Schließlich ist noch
zu erwähnen, daß unter Feststoffen auch pastöse Stoffe sowie mit Flüssigkeiten, etwa
Altöl, versetzte Feststoffe verstanden werden.
1. Verfahren zum Verbrennen von stückigen organischen Feststoffen, vorzugsweise Abfällen,
und zum Erzeugen von Brenngasen, bei dem die Abfälle oberhalb einer zwischen einem
die Abfälle aufnehmenden Schacht und einer dem Schacht nachgeschalteten Brennkammer
vorgesehenen Engstelle gestaut und durch Erhitzen getrocknet, entgast und unter Zuführen
von Reaktionsgas vergast und die dabei entstehenden Brenngase nach unten durch die
Engstelle hindurch abgezogen und anschließend unter Zuführen von Luft verbrannt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe oberhalb einer im Schacht mit Abstand über
der Engstelle vorgesehenen weiteren Engstelle vorgestaut, getrocknet, entgast und
teilweise vergast und dann zur vollständigen Vergasung durch die weitere Engstelle
hindurch dem Schachtraum zwischen beiden Engstellen zugeführt werden, wobei in die
Schachtbereiche an oder nahe den beiden Engstellen Reaktionsgas eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe im Bereich der
beiden Engstellen mechanischen Drehschwingungen unterworfen werden, und zwar im Bereich
der weiteren Engstelle Drehschwingungen höherer Frequenz und größerer Amplitude als
im Bereich der darunter befindlichen Engstelle.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas Luft,
aus dem System entnommenes Rauchgas oder mit Luft oder reinem Sauerstoff vermischtes
Rauchgas oder Kohlendioxid verwendet wird.
4. Verbrennungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
mit einem aufrechtstehenden Schacht zur Aufnahme der Feststoffe, einem am unteren
Schachtende befindlichen, die Engstelle darstellenden Rost, in den Schacht (11) einmündenden
Reaktionsgas-Zuführleitungen und einer unmittelbar unter oder seitlich unterhalb des
Rostes (14) befindlichen Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand über
dem Rost (14) ein weiterer, die weitere Engstelle darstellender Rost (13) angeordnet
ist, und daß Austrittsöffnungen von Reaktionsgas-Zuführleitungen (13b, 14b, 13c, 14c,
22) in die Schachtbereiche beider Roste (13, 14) einmünden oder auf diese gerichtet
sind.
5. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Roste (13,
14) als geschlossene Dachroste ausgebildet sind, die motorisch mit unterschiedlicher
Frequenz und Amplitude antreibbar sind.
6. Verbrennungsofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer
(21) eine Mischkammer (19) vorgeschaltet ist, in die die Brenngase mittels einer Düse
(18a) eingeleitet werden und die mit Reaktionsgas-Eintrittsdüsen (20) versehen ist.
