VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERBRENNUNG FESTER UND/ODER FLÜSSIGER MATERIALIEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung fester und/oder flüssiger Materialien, insbesondere Haus- oder Industriemüll in einem fluidisierten Granulatbett, das unter Luftzufuhr in der Brennkammer umgewälzt wird.

[0002] Es sind aus beispielsweise der EP-A-0 005 965 sowie der US-A-2 813 351 ein Verfahren zur Verbrennung von festen oder flüssigen Abfallmaterialien in einem fluidisierten Sandbett bekannt geworden, bei dem die Fluidisierung mittels in das Bett eingebrachter Luft erfolgt. Die u.a durch die vorstehend genannte Veröffentlichung bekannten Verbrennungsanlagen dieser Art haben einige erhebliche Nachteile. Einer der wesentlichsten Nachteile besteht in der ungenügenden Regulierbarkeft der Verbrennungsluft in Abhängigkeit von dem Sauerstoffbedarf bzw. den Wärmeinhaltsstoffen in dem Sinne, daß das Fluidbett zur Erhaltung der Fluidisierung und der Umwälzung einen bestimmten Mindestdurchsatz an Druckluft erfordert unabhängig von den verbrennungstechnischen Notwendigkeiten. Die Folge hiervon ist einerseits eine ständige übermäßige Abkühlung des Fluidbettes, die in vielen Fällen - etwa bei der Verbrennung von Hausmüll - zur Erhaltung der erforderlichen Verbrennungstemperatur eine Zusatzheizung erforderlich macht. Andererseits fällt auch unter dem Einfluß des großen Luftdurchsatzes die Abluft mit Temperaturen an, die eine technische Nutzung unter wirtschaftlichen Bedingungen nicht ermöglicht.

[0003] Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, das sich die Aschebestandteile homogen mit dem Fluidbettmaterial vermischen und - bei gleichzeitiger Aufgabe von frischem Bettmaterial - gemeinsam abgezogen werden müssen, wobei eine Trennung beider Bestandteile wegen ihrer sehr ähnlichen Korngrößenstruktur auch außerhalb der Anlage ebenfalls nicht ohne weiteres möglich ist. Das Material wird daher in den meisten Fällen als Verlustmaterial verworfen, was einen zusätzlichen Aufwand bedingt, zumal es sich bei den Fluidbett-Materialien um speziell für diesen Zweck nach Struktur und Korngröße ausgesuchte und daher teure Materialien handelt.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verbrennung fester und flüssiger Materialien, insbesondere Haushalts- und Industriemüll in der Wirbelschicht zurunde, die eine verbesserte Führung des Verbrennungsvorganges, insbesondere der Fluidbett- und Abgastemperaturen sowie des Ascheaustrages ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

[0005] Durch die Erfindung ist ein Verfahren zur Verbrennung von Materialien in der Wirbelschicht geschaffen, durch das die Fluidisierung und die Regelung der Fluidbettumwälzungen mittels einer unabhängigen, d.h. weder von den Strömungsbedingungen der Luft beeinflußten noch die Verbrennung unmittelbar beeinflussenden Energie erfolgt, so daß die Luftzuführung ohne Rücksicht auf die Fluidisierungsbedingungen ausschließlich an den von der Verbrennung gestellten Anforderungen ausgerichtet werden kann. Es können somit die zugeführte Verbrennungsluftmenge optimal auf die Brennstoffgleichwerte des eingebrachten Materials eingestellt und die Bett- und Abgastemperaturen auf die erforderlichen oder gewünschten Werte geregelt werden, wodurch weiterhin einerseits eine Zusatzbeheizung während des laufenden Betriebes in praktisch allen Fällen entbehrlich und darüberhinaus andererseits die Möglichkeit zur Rückgewinnung der bei der Verbrennung anfallenden Wärme eröffnet wird.

[0006] Es hat sich schließlich als besonders vorteilhaftes Ergebnis der vorliegenden Erfindung gezeigt, daß durch die Fluidisierung des Granulatbettes mittels - hochfrequenter - Schwingungen erstmals eine unmittelbare Trennung der Bettmaterialien und der Aschebestandteile in verschiedene Schichten im Ofen und das getrennte Austragen der Asche aus dem Ofen ohne wesentliche Mitführung von Bettmaterial möglich ist, wobei es für die Trennung lediglich der entsprechenden Einstellung der Schwingung nach Wellenlänge, Amplitude und Frequenz in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht und der Korngröße der eingesetzten bzw. anfallenden Materialien bedarf. Es wird auf diese Weise eine wesentliche Verlängerung der Standzeit des eingesetzten Granulates und damit eine weitere Erhöhung der Wirtschaftlichkeit erzielt.

[0007] Weitere Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Wirbelschichtofens zur Müllverbrennung mit Schwingungsrost

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Wirbelschichtofens zur Müllverbrennung mit Schwingungsinjektion über die Verbrennungsluft

[0008] Die in der Zeichnung wiedergegebene Vorrichtung zur Verbrennung fester oder flüssiger Materialien besteht aus einer Brennkammer 1 mit Rost 2, einer unterhalb des Rostes 2 gelegenen Luftzuführung 3 sowie weiteren im Bereich der Brennkammerwand bzw. Brennkammerdecke gelegenen Zuführungen 4, 5, 6, 7, über die das zu verbrennende Abfallmaterial und gegebenenfalls Sekundärluft in die Brennkammer eingeführt werden. Die gebildete Asche wird über den Austrag 8 und das gebildete Abgas über die Abgasabführung 9 - teilweise zur Vorwärmung der Primärluft im Gegenstrom zur Luftzuführungsleitung 3 - ausgetragen. Die eine der Brennkammerwände 11 ist unter Bildung einer Deflektorwand 12 eingezogen ausgebildet, in der die der Zuführung von Sekundärluft dienende Leitung 7 mündet. Das Granulatbett 13 dient als Verbrennungsvermittler.

[0009] Im Fall der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform sind der Rost 2 in voneinander schwingungsunabhängig angeordnete Sektoren 2A, 2B, 2C, 2D unterteilt und jeder Sektor mit einem unabhängig von den anderen regelbaren Schwinger 14 versehen, mit deren Hilfe die Sektoren des Rost in Schwingung versetzt und damit das Granulatbett 13 fluidisiert und umgewälzt werden. Es finden vorteilhaft hydraulische Impulsgeneratoren Anwendung, deren hervorragende Eignung darauf beruht, daß sie eine voneinander unabhängige Regelung von Frequenz, Wellenlänge und Amplitude der Schwingung ermöglichen.

[0010] Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform ist in jedem der zu dem Rost führenden Abzweige 3A, 3B, 3C des Luftzuführungskanals 3 ein Schwingungsgenerator 15, vorteilhaft ebenfalls ein hydraulischer Impulsgenerator angeordnet, mit deren Hilfe die zuströmende Verbrennungsluft - in den einzelnen Abzweigleitungen unabhängig voneinander regelbar - in pulsierende Schwingung versetzt werden. In den Luftzuführungskanälen 3A bis 3C ist unterhalb des Rostes eine Einrichtung zur Führung der Verbrennungsluft vorgesehen, mit deren Hilfe die in das Bett 13 einströmende Luft nach Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung gesteuert werden kann. Sie besteht im dargestellten Beispiel aus einem Profilstabrost 16, dessen Stäbe sich parallel zu den Schlitzen des Rostes 2 erstrecken und einzeln senkrecht zur Rostebene verstellbar sind.

[0011] Es sind schließlich an der der Umführung des Fluidbettes dienenden Deflektorwand 12 und in dem in der Deflektorwand 12 mündenden Luftzuführungskanal 7 jeweils ein weiterer hydraulischer Impulsgeber 17, 18 angeordnet, mit deren Hilfe zur weiteren Regelung der Bettumwälzung bzw. Materialtrennung die Deflektorwand selbst oder die dem Fluidbett zuströmende Sekundärluft in Schwingung versetzt werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verbrennung fester und/oder flüssiger Materialien, insbesondere Haus- oder Industriemüll in einem fluidisierten Granulatbett, das unter Luftzufuhr in einer Brennkammer umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung des Granulatbettes sowie dessen Regulierung, mit Hilfe der in pulsierende Schwingung versetzten Verbrennungsluft erfolgt derart, daß die Verbrennungsluft in mehrere, unterschiedlichen Zonen des Rostes zugeführte Ströme geteilt und die Ströme einzeln mittels eines mechanischen, elektrischen oder elektromagnetischen Schwingungserzeugers in Pulsation versetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabe der Verbrennungsmaterialien getrennt in Abhängigkeit von ihrer Verbrennungswärme über voneinander unabhängige, in unterschiedlichen Brennkammerebenen gelegene Zuführungen erfolgt derart, das die Materialien mit niedrigen Verbrennungswärmewerten in hochgelegenen Brennkammerebenen und die Materialien mit höheren Verbrennungswärmewerten in tieferliegenden Brennkammerebenen bis unmittelbar in der Ebene des fluidisierten Granulatbettes aufgegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung und die Fluidbettregulierung mit Hilfe von einem oder mehreren hydraulischen Impulsgeneratoren erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bettregulierung über eine Brennkammerwand, beispielsweise eine Deflektorplatte oder eine Deflektorwand ergänzend Schwingungen direkt in die Brennkammer eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das die Bettregulierung durch seitliche Einführung von in Schwingung versetzter Sekundärluft in die Brennkammer erfolgt.

6. Vorrichtung zur Verbrennung fester oder flüssiger Materialien nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer Brennkammer mit Rost, einer unterhalb des Rostes gelegenen Luftzuführung sowie weiteren im Bereich der Brennkammerwand bzw. Brennkammerdecke gelegenen Zuführungen, über die das Verbrennungsmaterial und gegebenenfalls Sekundärluft in die Brennkammer eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß von der unterhalb des Rostes gelegenen Luftzuführung (3) zu unterschiedlichen Verbrennungszonen führende Abzweigleitungen (3A, 3B, 3C) vorgesehen sind, in denen oder in deren Strahlungsweg jeweils ein mechanisch, elektrisch oder elektromagnetisch, betätigter Schwinger oder mehrere derartige Schwinger (15) angeordnet ist (sind), mit dessen (deren) Hilfe die zuströmende Verbrennungsluft in pulsierende Schwingung versetzt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das der Rost (3) in voneinander schwingungsunabhängig angeordnete Sektoren (3A, 3B, 3C, 3D) unterteilt und jeder Sektor mit einem unabhängig von den anderen regelbaren Schwinger (14), vorteilhaft hydraulischen Impulsgeneratoren versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der (den) Luftzuführungskammer(n) unterhalb des Rostes (3) eine Einrichtung (16) zur Führung der Verbrennungsluft vorgesehen ist, mit deren Hilfe die in das Sandbett einströmende Luft nach Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung gesteuert werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Führung der Verbrennungsluft von einem Rohr- oder Profilstabrost gebildet ist, dessen Rohre bzw. Stäbe (16) sich parallel zu den Schlitzen des Rostes (2) erstrecken und der in seiner Gesamtheit senkrecht zur Rostebene verstellbar und um eine sich parallel zu den Roststäben erstreckende Achse schwenkbar in der Luftzuführungskammer angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Umführung des Fluidbettes dienenden Deflektorplatte bzw. der Deflektorwand (12) und/oder in dem in der Deflektorplatte bzw. Deflektorwand mündenden Luftzuführungskanal (7) ein hydraulischer Impulsgeber (17, 18) angeordnet ist, mit dessen (deren) Hilfe die dem Fluidbett zuströmende Sekundärluft und/oder die Deflektorplatte bzw. Deflektorwand (12) in Schwingung versetzt wird.

Claims

1. Method for the incineration of solid and/or liquid materials, in particular domestic or industrial waste, in a fluidised granular bed, which is circulated in an incineration chamber whilst air is introduced, characterised in that the fluidisation of the granular bed as well as its control, are achieved by means of combustion air being put into pulsating oscillation in such a way that the combustion air is divided into several streams supplied to different zones of the grating, and the streams are individually pulsated by way of a mechanical, electrical or electromagnetic pulse/oscillator generator.

2. Method according to claim 1, characterised in that the supply of the combustion materials is effected separately in dependence on their heat of combustion via supply ducts which are independent of one another and which are situated at different incineration-chamber levels in such a way that the materials with low heat of combustion values are delivered at high incineration-chamber levels, and the materials with higher heat of combustion values are delivered at lower incineration-chamber levels down to virtually the level of the fluidised granular bed.

3. Method according to claim 1, characterised in that the fluidisation and the fluidised-bed control are achieved by means of one or more hydraulic pulse generators.

4. Method according to one of the claims 1 to 3, characterised in that, for the purpose of bed control, additional pulses are introduced directly into the incineration chamber via an incineration-chamber wall, for example a deflector plate or a deflector wall.

5. Method according to one of the claims 1 to 4, characterised in that the bed control is achieved by way of lateral introduction of pulsated secondary air into the incineration chamber.

6. Device for the incineration of solid or liquid materials according to the method of claims 1 to 5, comprising an incineration chamber including a grating, an air supply duct located underneath the grating, as well as additional supply ducts which are situated in the region of the incineration-chamber wall or incineration-chamber top and through which the material to be incinerated and, if required, secondary air are introduced into the incineration chamber, characterised in that branch ducts (3A, 3B, 3C), are provided which extend from the air duct (3), situated underneath the grating, to different incinerating zones in which ducts, or in the radiation path of which a mechanically, electrically or electromagnetically operated oscillator (pulsator) or several such oscillators (15) is (are) disposed, whereby the flowing combustion air is set in pulsating oscillation.

7. Device according to claim 6, characterised in that the grating (3) is divided into independently oscillating sectors (3A, 3B, 3C, 3D), and each sector is provided with an independently controllable oscillator (14), preferably hydraulic pulse generator.

8. Device according to one of the claims 6 or 7, characterised in that a device (16) to guide the combustion air is provided in the air-supply chamber(s) underneath the grating (3) which enables control of the quantity, flow speed and flow direction of air flowing into the sand bed.

9. Device according to claim 8, characterised in that the device for guiding the combustion air is formed by a tubular- or profile bar grating, the pipes or bars (16) respectively of said grating extending parallel to the slots of the grating (2), and the grating is adjustable in its entirety vertically to the grating level and is disposed in the air supply chamber so as to be pivotable about an axis extending parallel to the grating bars.

10. Device according to one of claims 6 to 9, characterised in that a hydraulic pulse generator (17, 18) is disposed on the deflector plate, which serves to bypass the fluid bed, or on the deflector wall (12) respectively, and/or in the air-supply channel (7) terminating in the deflector plate or the deflector wall respectively, by means of which pulse generator(s) the secondary air, flowing towards the fluid bed, and/or the deflector plate or the deflector wall (12) respectively is set in oscillation.

Revendications

1. Procédé d'incinération de matières solides et/ou liquides, en particulier d'ordures ménagères ou de déchets industriels, dans un lit de granulat fluidisé qui est mis en circulation dans une chambre de combustion avec apport d'air, caractérisé en ce que la fluidification du lit de granulat, ainsi que sa régulation sont effectuées au moyen de l'air de combustion mis en oscillation pulsatoire, par le fait que l'air de combustion est divisé en plusieurs courants dirigés vers des zones différentes de la grille et que les courants sont mis individuellement en pulsation au moyen d'un générateur d'oscillations mécanique, électrique ou électromagnétique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chargement des matières à incinérer s'effectue séparément, en fonction de leur chaleur de combustion, par des admissions indépendantes les unes des autres, disposées dans des plans différents de la chambre de combustion, de telle façon que les matières ayant des chaleurs de combustion de faibles valeurs soient chargées dans des plans situés en position haute dans la chambre de combustion et que les matières ayant des chaleurs de combustion de valeurs plus élevées soient chargées dans des plans situés plus bas dans la chambre de combustion, jusqu'à être chargées directement dans le plan du lit de granulat fluidisé.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fluidification et la régulation du lit fluidisé sont effectuées au moyen d'un ou de plusieurs générateurs d'impulsions hydrauliques.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des oscillations complémentaires sont produites directement dans la chambre de combustion au moyen d'une paroi de cette chambre, par exemple d'une plaque déflectrice ou d'une paroi déflectrice, pour la régulation du lit.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la régulation du lit est effectuée par introduction latérale d'air secondaire mis en oscillation dans la chambre de combustion.

6. Dispositif pour l'incinération de matières solides ou liquides suivant le procédé des revendications 1 à 5, se composant d'une chambre de combustion à grille, d'une admission d'air disposée au-dessous de la grille, ainsi que d'autres admissions qui sont disposées dans la région de la paroi de la chambre de combustion ou du toit de la chambre de combustion et par lesquelles la matière à incinérer et éventuellement de l'air secondaire sont introduits dans la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il est prévu, à partir de l'admission d'air (3) disposée au-dessous de la grille, des conduites de dérivation (3A, 3B, 3C) se dirigeant vers différentes zones de combustion, conduites dans chacune desquelles ou dans le trajet de projection de chacune desquelles est (sont) disposé(s) un oscillateur actionné mécaniquement, électriquement ou électromagnétique- ment ou plusieurs de ces oscillateurs, au moyen duquel (desquels) l'air de combustion qui arrive est mis en oscillation pulsatoire.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la grille (2) est subdivisée en secteurs (2A, 2B, 2C, 2D) disposés de façon à osciller indépendamment les uns des autres, et en ce que chaque secteur est muni d'un oscillateur (14) réglable indépendamment des autres, avantageusement sous forme de générateurs d'impulsions hydrauliques.

8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la (les) chambre(s) d'admission d'air au-dessous de la grille (2), un dispositif (16) pour la commande de l'air de combustion, dispositif à l'aide duquel l'air qui est introduit dans le lit de sable peut être contrôlé en ce qui concerne son débit, sa vitesse d'écoulement et sa direction d'écoulement.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif pour la commande de l'air de combustion est constitué par une grille de tubes ou de barres profilées, dont les tubes ou les barres (16) s'étendent parallèlement aux fentes de la grille (2) et qui est mobile dans son ensemble perpendiculairement au plan de la grille et est montée pivotante dans la chambre d'admission d'air, autour d'un axe qui s'étend parallèlement aux barres de la grille.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il est disposé, sur la plaque déflectrice ou la paroi déflectrice (12), qui sert au mouvement de retour du lit fluidi- se, et/au dans le conduit d'admission d'air (7), qui débouche dans la plaque déflectrice ou la paroi déflectrice, un (des) générateur(s) d'impulsions hydraulique(s) (17, 18) à l'aide duquel (desquels) l'air secondaire, qui arrive dans le lit fluidisé, et/ou la plaque déflectrice ou la paroi déflectrice (12) sont mis en oscillation.

Zeichnung