Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffen, insbesondere minderwertigen Brennstoffen, in einer fluidisierten Schicht, in der der Brennstoff durch Zufuhr von Primärluft in unterstöchiometrischer Menge im wesentlichen vergast wird und sich die weitere Verbrennung der Gase durch Zufuhr von Sekundärluft in einem Verbrennungsraum über die fluidisierte Schicht vollzieht.
Die fluidisierte Schicht kann feste Brennstoffpartikel oder feuerfeste Partikel, z. B. Querzsand, enthalten.
Die Primärluft kann unter der fluidisierten Schicht zugeführt werden und wird zur Fluidisierung derselben verwendet. Der Brennstoff kann z.B. auf die Oberfläche der fluidisierten Schicht zugeführt werden. Die starke Wirbelungsbewegung, die in einer solchen fluidisierten Schicht erreicht wird, macht das System insbesondere zur Verbrennung von minderwertigen Brennstoffen, z. B. wasserhaltiges Abfallöl oder Schlamm, geeignet.
Damit sich die Verbrennung in gewünschter Weise in zwei Stufen vollzieht, d. h. mit im wesentlichen nur einer Vergasung in der fluidisierten Schicht und einer weiteren Verbrennung im darüberliegenden Verbrennungsraum muss die Menge Primärluft, die der fluidisierten Schicht zugeführt wird, geringer sein als derjenige, welche für eine vollständige Verbrennung des zugeführten Brennstoffes benötigten stöchiometrischen Menge entspricht. Die Menge der Primärluft kann z. B. 0,8 Mal die stöchiometrische Menge sein, aber auch tiefere Werte können in Betracht kommen. Damit sich der Vergasungsprozess optimal vollziehen soll, dürfte die Temperatur der fluidisierten Schicht etwa 900" C sein. Es ist dies eine tiefere Temperatur, als wenn sich ein grösserer Teil der Verbrennung in der fluidisierten Schicht vollzogen hätte.
Bei der weiteren Verbrennung im Verbrennungsraum bekommt man eine wesentlich höhere Temperatur, während dessen die Temperatur in der fluidisierten Schicht also z.B. auf etwa 900" C gehalten werden kann. Es ist dies u. a. von Bedeutung für die Lebensdauer der feuerfesten Partikeln in der fluidisierten Schicht. Die teilweise Verbrennung, die sich in der fluidisierten Schicht vollzieht, ist auf der anderen Seite nicht hinreichend, um eine Temperatur von etwa 900" C in der Schicht beizubehalten. Das Wärmegleichgewicht sollte deshalb mittels einer Vorwärmung der Primärluft herbeigebracht werden, wobei eine Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 30Q-500" C angemessen ist.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist zu einem Verfahren zu gelangen, das ein Erreichen der gewünschten Zweistufen Verbrennung erlaubt, mit im wesentlichen lediglich einer Vergasung in de fluidisierten Schicht, indem die Primärluft der Schicht in unterstöchiometrischer Menge hinzugeführt wird, wobei eine hinreichende Erwärmung der Primärluft erreicht und eine gute Fluidisierung der Schicht aufrechterhalten wird, um in dieser Weise die gewünschte Verbrennung darin sicherzustellen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Fluidisierungsgas ein Gemisch von Primärluft mit einer solchen Menge rezirkulierter heisser Verbrennungsgase vom Verbrennungsraum verwendet wird, die die für das Wärmegleichgewicht notwendige Erwärmung des Gemisches und die für die Fluidisierung notwendige Gasmenge ergibt.
Dadurch, dass die Primärluft mit Verbrennungsgas vermischt wird, bekommt man ein Gasgemisch mit reduziertem Sauerstoffgehalt und gleichzeitig wird die Temperatur gesteigert. Bei einer gegebebenen Sauerstoffmenge können in dieser Weise grössere Gasmengen zugeführt werden, was eine gute Fluidisierung der Schicht ergibt. Weiter werden indirkete Wärmeaustauscher zur Vorwärmung der Primärluft überflüssig, weil diese durch direktes Mischen mit den Verbrennungsgasen vorgewärmt wird. Dies ermöglicht optimale Betriebsverhältnisse mit einer erwünschten Fluidisierung und einem Wärmegleichgewicht, das die erwünschte Temperatur in der fluidisierten Schicht ergibt.
Die Verbrennungsgase können mit Hilfe von einem eigenen Ventilator rezirkuliert werden, durch welchen die Mischung von Primärluft und Verbrennungsgase hindurchgeht. In diesem Fall muss ein Ventilator verwendet werden, der die Temperatur des Gasgemisches aushält. Es ist auch möglich die Verbrennungsgase mit Hilfe von einem durch die Primärluft betriebenen Ejektor zu rezirkulieren. In diesem Fall ist der Ventilator vor dem Ejektor angeordnet und arbeitet so mit Luft von Umgebungstemperatur. Dadurch wird zwar der Druckabfall etwas grösser und der Kraftbedarf entsprechend hoch.
Die Erfindung wird nun unter Hinweis auf die Zeichnung beispielsweise beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Skizze eines Verbrennungsofens mit Fluidisierungsschicht zum Verbrennen von minderwertigen Brennstoffen, mit einem Ventilator zur Rezirkulation der Verbrennungsgase.
Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Verbrennungsofen mit einem Ejektor zur Rezirkulation der Verbrennungsgase.
Der in Fig. 1 gezeigte Verbrennungsofen 1 mit einer Fluidisierungsschicht zur Verbrennung von Abfallöl umfasst die für solche Verbrennungsöfen gewöhnlichen Elemente, und zwar eine Windkammer 2, eine Gasverteilplatte 3, einen Verbrennungsraum 4 und ein Auslass 5 für die Abgase. Auf der Gasverteilplatte 3 ist eine Fluidisierschicht 6 von z. B. Quarzsand angordnet. Der Brennstoff, z. B wasserhaltiges Abfallöl, wird in die Sandschicht 6 durch eine schematisch angedeutete Rohrleitung 7 hineingeführt. Fluidisierungsgas von hinreichender Menge und Druck zum Fluidisieren der Sandschicht 6 wird der Windkammer 2 durch einen Einlass 8 zugeführt. Der gewühnschte Druck im Fluidisierungsgas wird von einem Ventilator 9 erzeugt.
Die Fluidisierungsgase werden dem Ventilator 9 durch eine Rohrleitung 10 hinzugeführt, die teils durch eine Abzweigleitung 11 mit dem Verbrennungsraum 4 und teils durch eine Rohrleitung 12 mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
Im oberen Teil des Verbrennungsraumes sind Zufuhrrohrleitungen 13 für Sekundärluft schematisch angedeutet.
Im Betrieb wird der Ventilator 9 teils Verbrennungsgase durch die Abzweigrohrleitung 11 und teils Luft durch die Rohrleitung 12 heransaugen, wobei das Verhältnis zwischen Verbrennungsgas und Luft mit Hilfe einer Klappe oder anderer in den Rohren angeordneter in der Zeichnung nicht dargestellten Regulierorgane reguliert werden kann. Das Gasgemisch wird durch den Einlass 8 in die Windkammer 2 hinein und weiter durch die Gasverteilplatte 3 hinaufgeführt. Dieses Gasgemisch dient so als Fluidisierungsgas für die Sandschicht 6 und gleichzeitig als Primärluft für die erwünschte Verbrennung (Vergasung) in der fluidisierten Schicht. Die Temperatur der Fluidisierungsgase kann z. B. etwa 500" C sein, und die Temperatur in der Schicht 6 kann auf etwa 900" C gehalten werden.
Die Primärluft wird in unterstöchiometrischer Menge zugeführt, d.h. dass die Luftmenge in den Fluidisierungsgasen geringer ist als die stöchiometrische Menge für die vollständige
Verbrennung der Brennstoffe.
Im Verbrennungsraum 4 vollzieht sich eine weitere Verbrennung der Gase bei Temperaturen von 1000" C oder höher.
Für diese Verbrennung wird durch die Einlässe 13 Sekundärluft hinzugeführt. Die vorzugsweise vollständig verbrannten Abgase werden durch den Auslass 5 hinausgeführt.
Im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 sind die Rohrleitungen 10 und 12 sowie der Ventilator 9 durch einen Ejektor 14 ersetzt, der mit Luft von einem nicht gezeigten Hochdruckventilator angetrieben wird. Der Ejektor 14 ist der Rohrleitung 11 vom
Verbrennungsraum 4 direkt angeschlossen, und die Luft saugt deshalb Verbrennungsgase vom Verbrenungsraum in ge wünschter Menge mit. Auch hier können in der Rohrleitung 11 Regulierorgane zur Einstellung des Mischverhältnisses angeordnet sein.
The present invention relates to a method for burning fuels, in particular low-grade fuels, in a fluidized layer, in which the fuel is essentially gasified by supplying primary air in a sub-stoichiometric amount and the further combustion of the gases by supplying secondary air in one Combustion chamber takes place over the fluidized layer.
The fluidized layer may be solid fuel particles or refractory particles, e.g. B. Querzsand included.
The primary air can be supplied under the fluidized layer and is used to fluidize the same. The fuel can e.g. are fed to the surface of the fluidized layer. The strong turbulence that is achieved in such a fluidized bed makes the system particularly suitable for the combustion of low quality fuels, e.g. B. aqueous waste oil or sludge, suitable.
So that the combustion takes place in the desired manner in two stages, i. H. with essentially only one gasification in the fluidized layer and a further combustion in the combustion chamber above, the amount of primary air supplied to the fluidized layer must be less than that which corresponds to the stoichiometric amount required for complete combustion of the supplied fuel. The amount of primary air can, for. B. 0.8 times the stoichiometric amount, but lower values can also be considered. In order for the gasification process to take place optimally, the temperature of the fluidized layer should be around 900 ° C. This is a lower temperature than if a larger part of the combustion had taken place in the fluidized layer.
With further combustion in the combustion chamber one gets a significantly higher temperature, during which the temperature in the fluidized layer e.g. can be kept at about 900 "C. This is important, inter alia, for the life of the refractory particles in the fluidized layer. The partial combustion that takes place in the fluidized layer, on the other hand, is not sufficient to reach a temperature of maintain about 900 "C in the shift. The thermal equilibrium should therefore be brought about by preheating the primary air, with heating to a temperature of about 30 ° -500 ° C. being appropriate.
The aim of the present invention is to arrive at a method which allows the desired two-stage combustion to be achieved, with essentially only a gasification in the de-fluidized layer by adding the primary air to the layer in a sub-stoichiometric amount, with sufficient heating of the primary air being achieved and good fluidization of the bed is maintained so as to ensure the desired combustion therein.
The method according to the invention is characterized in that the fluidizing gas used is a mixture of primary air with such an amount of recirculated hot combustion gases from the combustion chamber that results in the heating of the mixture required for thermal equilibrium and the amount of gas required for fluidization.
The fact that the primary air is mixed with combustion gas results in a gas mixture with a reduced oxygen content and at the same time the temperature is increased. With a given amount of oxygen, larger amounts of gas can be supplied in this way, which results in good fluidization of the layer. Indirect heat exchangers for preheating the primary air are also superfluous because it is preheated by direct mixing with the combustion gases. This enables optimal operating conditions with a desired fluidization and a thermal equilibrium which results in the desired temperature in the fluidized bed.
The combustion gases can be recirculated with the help of a dedicated fan through which the mixture of primary air and combustion gases passes. In this case, a fan must be used that can withstand the temperature of the gas mixture. It is also possible to recirculate the combustion gases with the help of an ejector operated by the primary air. In this case, the fan is located in front of the ejector and works with air at ambient temperature. As a result, the pressure drop is somewhat greater and the power requirement is correspondingly high.
The invention will now be described with reference to the drawing, for example.
Fig. 1 is a schematic sketch of a fluidized bed incinerator for burning inferior fuels, with a fan for recirculating the combustion gases.
Fig. 2 shows a corresponding incinerator with an ejector for recirculating the combustion gases.
The incinerator 1 shown in FIG. 1 with a fluidization layer for the combustion of waste oil comprises the elements customary for such incinerators, namely a wind chamber 2, a gas distribution plate 3, a combustion chamber 4 and an outlet 5 for the exhaust gases. On the gas distribution plate 3 is a fluidizing layer 6 of z. B. quartz sand is arranged. The fuel, e.g. B water-containing waste oil, is fed into the sand layer 6 through a pipeline 7 indicated schematically. Fluidizing gas of sufficient quantity and pressure to fluidize the sand layer 6 is supplied to the wind chamber 2 through an inlet 8. The desired pressure in the fluidizing gas is generated by a fan 9.
The fluidizing gases are fed to the fan 9 through a pipe 10, which is partly in communication with the combustion chamber 4 through a branch pipe 11 and partly through a pipe 12 with the atmosphere.
In the upper part of the combustion chamber, supply pipes 13 for secondary air are indicated schematically.
During operation, the fan 9 draws in partly combustion gases through the branch pipe 11 and partly air through the pipe 12, the ratio between combustion gas and air being able to be regulated with the aid of a flap or other regulating elements not shown in the drawing which are arranged in the pipes. The gas mixture is guided through the inlet 8 into the wind chamber 2 and further up through the gas distribution plate 3. This gas mixture thus serves as fluidizing gas for the sand layer 6 and at the same time as primary air for the desired combustion (gasification) in the fluidized layer. The temperature of the fluidizing gases can e.g. B. about 500 "C, and the temperature in the layer 6 can be maintained at about 900" C.
The primary air is supplied in a substoichiometric amount, i.e. that the amount of air in the fluidizing gases is less than the stoichiometric amount for the complete
Burning the fuels.
Further combustion of the gases takes place in the combustion chamber 4 at temperatures of 1000 ° C. or higher.
For this combustion, secondary air is added through the inlets 13. The exhaust gases, which are preferably completely burned, are led out through the outlet 5.
In the exemplary embodiment in FIG. 2, the pipelines 10 and 12 and the fan 9 are replaced by an ejector 14 which is driven with air by a high-pressure fan (not shown). The ejector 14 is the pipe 11 from
Combustion chamber 4 connected directly, and the air therefore sucks in combustion gases from the combustion chamber in the desired amount. Here, too, 11 regulating elements for setting the mixing ratio can be arranged in the pipeline.