Вращаемая топочная камера для твердого материала

 

Сущность изобретения: во вращаемой вокруг своей продольной оси топочной камере для твердого материала нагревательные трубы при рассмотрении в поперечном сечении расположены вдоль стенки внутреннего пространства. Расстояние нагревательных труб от стенки внутреннего пространства и взаимное расстояние нагревательных труб являются меньшими, чем половина диаметра одной нагревательной трубы. Указанные раccтояния составляют 20 - 40 мм. Между отдельными нагревательными трубами расположены с возможностью легкого демонтажа глухие трубы, которые имеют тот же диаметр, что и нагревательные трубы. Во внутреннем пространстве размещены дополнительные трубы, которые при рассмотрении в поперечном сечении расположены нерадиальными рядами. Каждый ряд начинается примерно на внутренней стенке и проходит оттуда во внутреннее пространство, может быть искривлен, исходя от внутренней стенки, против направления вращения и может быть прямонаправлен и наклонен, исходя от внутренней стенки, против направления вращения. Во внутреннем пространстве могут быть предусмотрены более длинные и более короткие нерадиальные ряды. В камере также расположены вдоль стенки внутреннего пространства нагревательные трубы, снабженные ударно-отражательными оболочками для защиты от повреждения. На внутреннюю стенку топочной камеры можно подать только мелкий материал отходов, при этом внутренняя стенка механически практически не нагружается. Кроме того, в случае пиролизного реактора или барабана швелевания получается хороший теплообмен от нагревательных труб в газовую атмосферу и в слой мелкого материала. Тепло, которое излучается от нагревательных труб радиально наружу, таким образом очень хорошо используется. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к топочной камере для твердого материала, вращаемой вокруг своей продольной оси, в частности к барабану швелевания для отходов с множеством размещенных во внутреннем пространстве, проходящих примерно параллельно друг к другу нагревательных труб.

Топочная камера применяется, в частности, в качестве барабана швелевания для отходов с целью термического устранения отходов, предпочтительно, по способу швелевания-сжигания.

В области устранения отходов известен так называемый способ швелевания-сжигания. Способ и работающая по нему установка для термического устранения отходов описаны, например, в ЕР-А-О 302310. Установка для термического устранения отходов по способу швелевания-сжигания содержит в качестве существенной компоненты камеру швелевания (пиролизный реактор) и высокотемпературную камеру сгорания. Камера швелевания превращает отходы, загружаемые через устройство для транспортировки отходов в газ швелевания и остаточное вещество пиролиза. Газы швелевания и остаточное вещество пиролиза затем после подходящей подготовки подводят к горелке высокотемпературной камеры сгорания. В высокотемпературной камере сгорания возникает жидкотекучий шлак, который отводится через слив и после охлаждения присутствует в стеклованной форме. Возникающий дымовой газ подводят через трубопровод дымовых газов в качестве выпуска к дымовой трубе. В этот трубопровод дымовых газов встроены, в частности, парогенератор на отходящем тепле в качестве охлаждающего устройства, установка для фильтрации пыли и установка для очистки дымовых газов.

В качестве камеры швелевания (пиролизного реактора) используется как правило вращающийся, относительно длинный барабан швелевания, который содержит внутри множество параллельных нагревательных труб, на которых отходы нагреваются в значительной степени без доступа воздуха. Барабан швелевания вращается при этом вокруг своей продольной оси. Предпочтительно продольная ось несколько наклонена относительно горизонтали так, что твердый материал швелевания собирается на выходе барабана швелевания и может выгружаться оттуда через разгрузочную трубу. При вращении отходы поднимаются нагревательными трубами и снова падают с них. Таким образом и за счет продвигающихся отходов производится транспортировка твердого материала (пыль, куски углерода (кокс), камни, осколки бутылок, металлические, керамические части и т.д.) в направлении к разгрузочному отверстию барабана швелевания.

Важным в такой топочной камере, в частности, при швелевании отходов является то, чтобы за счет отдельных нагревательных труб получить в распоряжение как можно большую поверхность нагрева. Чтобы воздействовать на это, до сих пор в уровне технике были предусмотрены ряды отдельных труб, которые при рассмотрении в поперечном сечении барабана швелевания, проходили, в частности, прямолинейно от внутренней стенки барабана швелевания в направлении к внутреннему пространству. Дополнительно в уровне технике нагревательные трубы иногда были расположены на и вдоль внутренней стенки ("периферийные нагревательные трубы"), конечно, только при необходимости. Ни в каком случае до сих пор не предусматривалась практически замкнутая окружность из труб, то есть окружность из труб без пропусков. Периферийное расположение - возможно с неравномерными промежутками - нагревательных труб могло, например, иметь пропуск в месте, где существовала возможность для прохождения барабана, например, за счет расположения люка. Кроме того, следует заметить, что расстояние между двумя соседними нагревательными трубами на внутренней стенке до сих пор было практически произвольным. Это значит, что это расстояние было обусловлено конструктивно и было функцией необходимой поверхности нагрева.

Следствием этого неравномерного расположения нагревательных труб на внутренней стенке была нагрузка оболочки барабана швелевания за счет падающих частей отходов. Кроме того, падающие металлические части или другие твердые куски могли заклиниваться между стенкой барабана и непосредственно соседними нагревательными трубами. За счет этого уменьшалась также стоящая в распоряжении поверхность нагрева.

Задачей настоящего изобретения является выполнение топочной камеры таким образом, чтобы в области внутренней стенки топочной камеры имелась в распоряжении достаточно большая поверхность нагрева в форме нагревательных труб для обогрева или пиролиза загружаемых отходов. Другими словами, опасность заклинивания металлических частей и других кусков твердого материала должна быть сильно уменьшена, так что обращенная к внутренней стенке топочной камеры сторона отдельных нагревательных труб могла оптимально использоваться для передачи тепла.

Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что нагревательные трубы - при рассмотрении в поперечном сечении - расположены в практически замкнутом ряду вдоль стенки внутреннего пространства.

Таким образом, изобретение основано на рассуждении, что наличие большой поверхности нагрева может быть обеспечено за счет того, что отдельные нагревательные трубы располагают как можно ближе к внутренней стенке. Другими словами, чтобы помещать возможности заклинивания названных кусков в промежуточном пространстве, нагревательные трубы должны образовывать на внутренней стенке барабана практически замкнутую оболочку, при цилиндрическом барабане швелевания следовательно образовывать окружность из труб. Расстояния между отдельными нагревательными трубами должны быть при этом выбраны как можно узкими.

Следует подчеркнуть, что за счет расположения практически замкнутого, например, круглого пучка достигается то, что никакой грубый материал не может падать через промежуточные пространства между отдельными нагревательными трубами на внутреннюю стенку топочной камеры и повреждать или нагружать ее. За счет этого обеспечивается то, что только мелкий материал отходов падает через эти промежутки на внутреннюю стенку топочной камеры. Кроме того, никакие металлические части отходов или другие куски твердых отходов не могут заклиниваться между отдельными нагревательными трубами и внутренней стенкой. Таким образом только мелкий материал и содержащийся во внутреннем пространстве газ находятся в термическом контакте с обращенной к внутренней оболочке стороной отдельных нагревательных труб.

Cледовательно, существенные преимущества изобретения можно видеть в том, что только мелкий материал отходов может падать на внутреннюю стенку топочной камеры, и эта внутренняя стенка механически практически не нагружается. Кроме того, в случае пиролизного реактора или барабана швелевания получается хороший теплообмен от нагревательных труб в газовую атмосферу и в слой мелкого материала. Тепло, которое излучается от нагревательных труб радиально наружу, таким образом очень хорошо используется.

Согласно форме дальнейшего развития, находящиеся на внутренней стенке топочной камеры нагревательные трубы могут быть защищены от падающего вниз грубого материала так называемыми ударно-отражательными оболочками из стойкого материала. При этом, в частности, речь идет о полуцилиндрических оболочках. Такая защита может быть предусмотрена также для нагревательных труб, которые входят в внутреннее пространство топочной камеры на прямых или искривленных линиях (при рассмотрении в поперечном сечении).

Для входа в топочную камеру как правило предусматривают люк. Предпочтительно согласно другой форме выполнения предусмотрено, что при необходимости в области такого люка в ряд нагревательных труб введены глухие трубы (Dummies), являющиеся трубами, через которые не течет топочный газ. Они расположены, предпочтительно, с возможностью легкого демонтажа. За счет этого при эксплуатации топочной камеры ряд нагревательных труб на внутренней стенке является замкнутым, в то время как при прохождении персоналом в области люка он является прерванным за счет демонтажа глухих труб.

Предпочтительно расстояние между двумя соседними периферийными нагревательными трубами и/или глухими трубами должно быть меньше, чем половина диаметра труб. На практике оказалось, что расстояние в диапазоне от 20 до 40 мм является конструктивно возможным и хорошо подходящим.

Указанные глухие трубы должны иметь тот же самый диаметр, что и расположенные на внутренней стенке периферийные нагревательные трубы.

Расстояние (предпочтительно замкнутой) окружности из труб от внутренней стенки топочной камеры должно быть как можно малым. Оно как правило определяется конструктивным заданием, например, креплением нагревательных и/или глухих труб на концевых плитах. Обычно это расстояние может лежать в диапазоне между 20 до 40 мм.

Примеры выполнения изобретения поясняются следующими чертежами.

На фиг.1 показана установка для швелевания с камерой швелевания для отходов, которая может использоваться в рамках способа швелевания-сжигания, в принципиальном представлении в сечении; на фиг. 2 - вид на поперечное сечение первой конфигурации нагревательных труб в барабане швелевания согласно фиг. 1; на фиг. 3 - вид на поперечное сечение второй конфигурации нагревательных труб в барабане швелевания согласно фиг. 1.

Согласно фиг. 1, твердые отходы А через подающее или загрузочное устройство 2 с падающей шахтой 3 и шнек 4, который приводится в действие двигателем 6 и расположен в загрузочной трубе 7, водят по центру в пиролизный реактор или камеру швелевания 8. Камера швелевания 8 в примере выполнения является обогреваемым изнутри, вращаемым вокруг своей продольной оси 10 барабаном швелевания или пиролизным барабаном, который может иметь длину от 15 до 30 м, работает при 300 - 600^oC, эксплуатируется в значительной степени без доступа кислорода и наряду с летучим газом швелевания s производит в значительной степени твердое остаточное вещество пиролиза f. При этом речь идет о барабане швелевания 8 с внутренними трубами с множеством (например, от 50 до 200) расположенных друг к другу параллельно нагревательных труб 12, из которых на фиг. 1 показаны только четыре, которые расположены во внутреннем пространстве 13. На правом или "горячем" конце предусмотрен впуск для топочного газа h в виде неподвижной, уплотненной впускной камеры 14 для топочного газа, а на левом или "холодном" конце предусмотрен выпуск для топочного газа h в виде неподвижной, уплотненной выпускной камеры для топочного газа 16. Продольная ось 10 камеры швелевания 8 предпочтительно наклонена относительно горизонтали так, что выпуск на расположенном справа "горячем" конце лежит ниже, чем показанный слева впуск для отходов А. Пиролизный барабан 8 предпочтительно поддерживается при слегка пониженном относительно окружающей среды давлении.

После пиролизного барабана 8 на стороне выхода или разгрузки включено через вращающуюся вместе с ним центральную разгрузочную трубу 17 разгрузочное устройство 18, которое снабжено отводным патрубком газа швелевания 20 для вывода газа швелевания s и выходом остаточного вещества пиролиза 22 для вывода твердого остаточного вещества пиролиза f. Подключенный к отводному патрубку газа швелевания 20 трубопровод газа швелевания соединен с горелкой (не показана) высокотемпературной камеры сжигания.

Вращательное движение барабана швелевания 8 вокруг его продольной оси 10 вызывается приводом 24 в виде передачи, подключенной к двигателю 26. Средства привода 24, 26 работают, например, на зубчатом венце, который закреплен на периметре барабана швелевания 8. Опора барабана швелевания 8 обозначена позицией 27.

Из фиг. 1 следует, что нагревательные трубы 12 соответственно одним концом закреплены на первой концевой плите 28, другим - на второй концевой плите 30.

Крепление на концевых плитах 28, 30 выполнено так, что получается легкая заменяемость нагревательных труб 12. Конец нагревательных труб 12 соответственно через отверстие выходит из внутреннего пространства 13 влево в выпускную камеру 16 или соответственно вправо во впускную камеру 14. при этом ось нагревательных труб 12 соответственно направлена вертикально относительно поверхности концевых плит 28, 30. При показанной конструкции учтено, что отдельные нагревательные трубы 12 подвержены высокой механической и термической нагрузке и что концевые плиты 28, 30, которые могли бы также обозначаться как плиты для труб или днища для труб барабана, вращаются вместе вокруг продольной оси 10 барабана швелевания 8.

Между концевыми плитами 28, 30 предусмотрены два места опоры X, Y (для опирания в противном случае возможно провисающих) нагревательных труб 12. В направлении транспортировки отходов A лежит первое место опоры X примерно на одной трети (1/3 1) и второе место опоры Y примерно на двух третях (1/3 1) общей длины 1 барабана швелевания 8. Здесь предусмотрены несущие или опорные кронштейны 31, 32 в виде округлых перфорированных пластин из металла, например из стали. Они закреплены на внутренней стенке 33.

Нагревательные трубы 12 могут быть расположены в конфигурации, которая представлена на фиг. 2, а также на фиг. 3. Согласно этому имеется множество периферийно расположенных нагревательных труб 12b и множество расположенных вдоль искривленных или соответственно прямых линий нагревательных труб 12a для нагревания более центрально лежащих отходов. Кривизна ориентирована по вращению барабана швелевания 8, которая намечена стрелкой 35.

Из фиг. 2 видно, что предусмотрено шесть более коротких и шесть более длинных нерадиальных рядов, лежащих внутри нагревательных труб 12a. Периферийные нагревательные трубы 12b находятся на практически не имеющей промежутков или замкнутой окружности вблизи внутренней стенки 33 барабана швелевания 3.

Нерадиальные ряды начинаются согласно фиг. 2 и 3 соответственно в области внутренней стенки 33. Они искривлены (фиг. 2) или соответственно наклонены (фиг. 3) - и это имеет особенное значение - против направления вращения 35. За счет этого при вращении вокруг продольной оси 10 собирающиеся на нагревательных трубах 12a, 12b отходы А заблаговременно падают вниз и таким образом не могут достигнуть достойной высоты падения. Тем самым опасность повреждения содержащимися в отходах А кусками эффективно снижается.

Для наглядности на фиг. 3 показан тупой угол α относительно направления отдельных рядов к касательной на стенке барабана швелевания 8.

Для хорошего швелевания отходов А также предусмотрено, что взаимное расстояние нагревательных труб 12a меньше, чем половина диаметра одной нагревательной трубы 12a соответствующего ряда. То же самое справедливо также для периферийных нагревательных труб 12b.

На фиг. 3 на отдельных линейных рядах начерчены защитные или ударно-отражательные оболочки 40. Остальные линейные ряды точно так же, как и искривленные ряды нагревательных труб 12a на фиг. 2, также покрыты обращенными к центральной оси такими ударно-отражательными оболочками 40 из стойкого материала. Соответствующее справедливо также для ударно-отражательных оболочек 50, которые могут быть предусмотрены для периферийных нагревательных труб 12b на фиг. 2 и 3. Из этих ударно-отражательных оболочек 50 для наглядности на фиг. 3 показаны только две.

На фиг. 3 также показано, что в области схематично представленного люка 60, через который во внутреннее пространство 13 при работах по техническому обслуживанию и ремонту может входить персонал, ряд нагревательных труб 12, имеющих форму окружности, полностью дополнен глухими трубами 12D такой же длины и такого же внешнего диаметра. Трубы 12D закреплены с возможностью легкого разъема на концевых плитах 28, 30. В случае технического обслуживания или ремонта они удаляются. При эксплуатации все трубы 12a, 12D обеспечивают попадание на внутреннюю стенку 33 только мелкого материала. При рассмотрении в целом трубы 12a, 12D расположены в тесном соседстве на практически замкнутом без промежутков круговом кольце.

Формула изобретения

1. Вращаемая вокруг своей продольной оси топочная камера для твердого материала, содержащая, в частности, барабан швелевания для отходов с множеством размещенных во внутреннем пространстве, направленных параллельно друг другу нагревательных труб, отличающаяся тем, что нагревательные трубы при рассмотрении в поперечном сечении расположены вдоль стенки внутреннего пространства и расстояние нагревательных труб от стенки внутреннего пространства и взаимное расстояние нагревательных труб является меньшим, чем половина диаметра одной нагревательной трубы.

2. Топочная камера по п.1, отличающаяся тем, что расстояние нагревательных труб от стенки внутреннего пространства составляет величину между 20 мм и 40 мм.

3. Топочная камера по п.1 или 2, отличающаяся тем, что взаимное расстояние нагревательных труб составляет величину между 20 мм и 40 мм.

4. Топочная камера по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что между отдельными нагревательными трубами расположены с возможностью легкого демонтажа глухие трубы.

5. Топочная камера по п.4, отличающаяся тем, что глухие трубы имеют тот же самый диаметр, что и нагревательные трубы.

6. Топочная камера по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что во внутреннем пространстве размещены дополнительные нагревательные трубы, которые при рассмотрении в поперечном сечении расположены нерадиальными рядами, причем каждый ряд начинается примерно на внутренней стенке и проходит оттуда во внутреннее пространство.

7. Топочная камера по п.6, отличающаяся тем, что каждый ряд дополнительных нагревательных труб искривлен, исходя от внутренней стенки, против направления вращения.

8. Топочная камера по п.6, отличающаяся тем, что каждый ряд дополнительных нагревательных труб расположен прямо направленным и наклонен, исходя от внутренней стенки, против направления вращения.

9. Топочная камера по одному из пп.6 - 8, отличающаяся тем, что во внутреннем пространстве предусмотрены более длинные и более короткие нерадиальные ряды.

10. Топочная камера по одному из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что по меньшей мере расположенные вдоль стенки внутреннего пространства нагревательные трубы снабжены ударно-отражательными оболочками для защиты от повреждения.

Приоритет по пунктам: 03.09.93 - по п.1; 23.08.94 - по пп.2 - 6; 30.08.94 - по пп.7 - 10.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3