SE0900536A1 - Förfarande och anläggning för förbränning av fast bränsle - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 2 steg. Med andra ord uppdelas efterbrännkammaren i två steg: ett första steg med en lägre förbränningstemperatur, t.ex. 950°C, och ett andra steg med en högre förbrän- ningstemperatur, t.ex. 1200°C. Rökgaskana|en åstadkommer en stark hastighetsök- ning hos rökgaserna, som tillsammans med den extra tillförseln av förbränningsluft i kanalen tillhandahåller en förnyad förbränning som bränner ut väsentligen allt oför- bränt organiskt material i bränslet och dettas gaser.

En annan insikt är att för effektiv förbränning bör upprätthållas ett fortfarighets- tillstånd för de lägre och högre temperaturintervallen l ugnen och efterbrännkamma- ren. Ugnen och efterbrännkammaren behöver då ha en effektiv värmeisolerande och värmelagrande infodring, dvs. infodringen kan behöva ha en bestämd minimitjocklek.

Denna minimitjocklek kan variera beroende på valda infodringsmaterial och anlägg- ningsstorlek, men kan för en typisk avfallsförbränningsanläggning behöva uppgå till ca 1,3m i efterbrännkammaren och ca 0,5m i den roterande ugnen. Därigenom upp- nås en jämn temperatur och en effektiv förbränning i processen. Därmed behöver heller inte tillsatsbränsle såsom olja eller gas användas för att hålla processen igång.

Upprätthållandet av fortfarighetstillståndet kan vidare regleras genom selektiv återföring av förbränd rökgas till ugnen från ett rökgasutlopp hos anläggningen. Det kan dock även regleras på andra sätt, t.ex. genom anpassning av mängden inmatat bränsle till det rådande slaget av bränsle.

Det lägre temperaturintervallet kan sträcka sig mellan ca 950 och 1100°C och det högre temperaturintervallet mellan ca 1100 och 1200°C. l en utföringsform av uppfinningen kan oförbrända restprodukter upptas ge- nom en öppen botten hos det första steget av efterbrännkammaren.

Oförbrända restprodukter i det andra steget av efterbrännkammaren kan upp- tas av partikelbädd vid en botten hos det andra steget.

Ugnens infodring kan vidare ha en varierande höjd för exponering av en tem- porär undersida av bränslet i ugnen, så att kallare bränsle inte bildar en isolering mot den roterande ugnsmantelns temporära botten. Den heta gasen i ugnen kan då lätta- re komma åt alla sidor av bränslet. Om höjden varierar i omkretsriktningen kan fram- skjutande delar av infodringen även lättare medbringa och omblanda bränslet i ug- nen, så att alla delar av bränslet säkert kommer ikontakt med den syrefattiga för- bränningsgasen.

Fastän ugnen är speciellt anordnad att förbränna fast bränsle, kan den även förbränna fluidformiga bränslen. 10 15 20 25 30 3 Andra särdrag och fördelar med uppfinningen kan framgå av patentkraven och följande beskrivning av utföringsexempel.

KORTFATTAD RITNINGSBESKRIVNING FIG. 1 visar en schematisk snittvy av en del av en anläggning enligt uppfin- ningen; och FIG. 2 är en snittvy längs linjen 2 - 2 i FIG. 1 DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I den schematiska framställningen på FIG. 1 visas en förbränningsanläggning med en roterbart lagrad ugn 10 som matas från en ledning 32 med bränsle 40 i form av t.ex. hushållsavfall genom en matarskruv 30. Som antyds kan vid uppstart och vid behov under drift ugnen 10 även matas med gasformiga och flytande bränslen ge- nom bränsleledningar 34, 36 kopplade till ugnen 10. Till ugnen 10 kan även genom en ledning 38 återföras förbrända rökgaser som passerat anläggningen.

Som antyds I FIG. 2, kan ugnen 10 ha en stålmantel 20 som kan ha en ytter- diameter om typiskt ca 4m och dess längd kan då vara ca 17m. Ugnens 10 infodring 22 innefattar eldfasta block 24, 26 (FIG. 2) med omväxlande varierande höjd - de höga blocken 26 kan typiskt ha en höjd eller tjocklek d om ca 0,5 m. Särskilt de höga blocken 26 kan på ej visat sätt även vara snedställda med avseende på ugnens 10 rotationsaxel för att på ett skruvartat sätt underlätta bränslets transport genom ugnen 10. Förutom att underlätta tillträde av förbränningsgaser till bränslets 40 för tillfället undre sidor, tjänar de högre blocken 26 till att medbringa, utsprida och omblanda det fasta bränslet 40 i ugnen, så att den inledande förbränningsprocessen säkert när alla delar av bränslet 40. Vidare lutar ugnen 10 typiskt ca 4 grader ned mot ett inlopp i en efterbrännkammare 50.

Vid ett typiskt förbränningsförlopp roteras ugnen 10 av en känd ej visad driv- anordning med ca 1 r/min och det tar då ca 1 timme för nyss inmatat bränsle att för- gasas till primär rökgas/bränngas och andra partiklar som inträder i ett första, 60, av två steg 60, 80 i efterbrännkammaren 50. Oförbränt material i form av restaska samt metaller med hög smältpunkt och keramiska material faller ned i t.ex. en vattenbehål- lare 62 i det första stegets 60 botten och bortmatas därifrån för vidare hantering med hjälp av en transportör 64, såsom en skruvtransportör. 10 15 20 25 30 4 Enligt uppfinningen har efterbrännkammaren 50 liksom ugnen 10 en stor mas- sa (totalt typiskt ca 1500 ton), dvs. en tjock inklädnad eller infodring 52, av t.ex. eld- fast keramiskt material, såsom tegelmaterial, eller gjutmassor, som tjänar som vär- meisolering och värmemagasin och därmed förmår upprätthålla de höga temperatu- rerna i ett fortfarighetstillstånd med små svängningar under anläggningens drift. ln- klädnaden 52 i efterbrännkammaren 50 kan typiskt ha en tjocklek D om ca 1,3m.

Värmeförlusterna genom infodringen av efterbrännkammaren 50 kan typiskt vara ca 200 kcal/mz/h, medan de i ugnen 10 kan vara ca1700 kcal/ mZ/h; ugnen har mindre mängd eldfast och isolerande material eftersom annars dess vikt skulle bli för hög.

För att underlätta underhållet av inklädnaden 52 i efterbrännkammaren 50, kan dess invändiga ytskikt bestå av relativt tunna eldfasta block 56 med en tjocklek om ca 40 mm, varigenom de bakomliggande tjockare blocken 54 inte behöver ersät- tas vid renovering av efterbrännkammaren 50. l efterbrännkammaren 50 år vidare anordnad en skiljevägg 72 som uppdelar efterbrännkammaren 50 i dess båda steg 60 och 80.

I det visade exemplet sträcker sig skiljeväggen 72 även ett stycke horisontellt mellan efterbrännkammarens båda steg 60 och 80 för avgränsning av en långsträckt passage i form av en rökgaskanal eller flamport 70. Skiljeväggen 72 kan emellertid även innefatta ett enkelt vertikalt eller lutande väggskikt av eldfast material med en kortare rökgaskanal (ej visat).

I rökgaskanalen 70 finns ett inlopp 72 för förbränningsluft som matas med hjälp av en fläkt 74 som typiskt tillhandahåller ett luftflöde med en hastighet om ca 30m/s.

Genom ovan beskrivna arrangemang kan anläggningen anses vara uppdelad i en primär förbränningsenhet A med en syrefattig, förgasande förbränningsmiljö och en sekundär förbränningsenhet B med en syrerik, starkt förbrännande förbrännings- miljö Vid ett utlopp 82 för rökgaserna från efterbrännkammarens 50 andra steg 80 äri det visade exemplet ansluten en panna i form av en gas-vätskevärmeväxlare 90. l värmeväxlaren 90 alstras ånga som kan driva en turbin 92, som i sin tur kan driva en generator 94 för elenergi.

Vid ett utlopp för rökgaserna från pannan 90 kan finnas en sugfläkt 96 för att åstadkomma ett tillräckligt stort undertryck för att driva rökgaserna genom anlägg- ningen. 10 15 20 25 30 5 I anslutning till anläggningen kan vidare finnas ett flertal, olika, ej visade kom- ponenter, såsom en rökgasrenare, och andra komponenter för hantering av fasta, flytande och gasformiga restprodukter som alstras eller på annat sätt behöver om- händertas i samband med anläggningens drift.

Under anläggningens drift upprätthålls sålunda ett fortfarighetstillstånd i ugnen 10 och efterbrännkammaren 50. För att uppnå ett optimal sådant fortfarighetstillstånd och en fullständig förbränningsprocess tillses följande: 1) 2) I den primära förbränningsenheten A råder under fortfarighet ett inledande förbränningstillstånd i form av delvis pyrolys i en förgasande, syrefattig miljö som alstrar bränngas i en väaentligen konstant lägre temperatur av omkring 950-1100°C. Därigenom kan bränslet 40 nästan fullständigt förgasas så att det kvarlämnar en minimal mängd restaska om ca 4-5% som faller ned det vertikala schakt som bildas av det första steget 60. Som jämförelse kan kon- ventionella ugnar av känd teknik anses kvarlämna 20-30°/° restaska. Restas- kan kan även innefatta fasta beståndsdelar med hög smältpunkt i bränslet, såsom glas och metaller, som i den lägre temperaturen hindras från att smäl- ta och skadligt vidhäfta vid infodringen 52. l den sekundära förbränningsenheten B råder under fortfarighet ett slutför- bränningstillstånd med en väsentligen konstant förhöjd temperatur om ca 1100-1200°C. Den förhöjda temperaturen uppnås genom att dels den i enhe- ten A alstrade bränngasen acoelereras till en hög hastighet (typiskt ca 30 m/s) enligt Bernouillis princip i den tvärsnittsminskade rökgaskanalen, dels inblåses förbränningsluft med hög hastighet tvärs bränngasen genom fläk- ten. Som ovan antytts, kan då i den trånga passagen 70 per tidsenhet myck- et stora mängder 02 i en svetsbrännarliknande flamma effektivt interagera med mycket stora mängder brännbart CO i bränngasen för omvandling till C02 i den resulterande, upphettade och förbrända rökgasen som lämnar ef- terbrännkammaren 50. Vid inträdet i den större volymen i det andra steget 80 av efterbrännkammaren 50 minskas rökgasens hastighet. Eventuella kvarva- rande fasta restprodukter, såsom magma, faller ned på det andra stegets 80 botten i närheten av pannan 41 och nedkyls där till fast fas. För att underlätta borttagning av sådana restprodukter, som kan bilda en glasartad hinna på 10 15 20 25 30 6 bottnen, kan denna botten ha ett skikt i form av en partikelbädd 84 av korn av lera, såsom chamottlera.

För att avkänna fortfarighetstillståndet i anläggningen kan, som schematiskt antyds i FIG. 1, finnas ett antal temperaturgivare 12 placerade på lämpliga ställen an- läggningen som. De av givarna 12 avkända temperaturerna signaleras via signalför- bindelser, såsom signalledningar 14, till en dator 16, såsom en styrdator för anlägg- ningen. Datorn 16 kan då med hjälp av temperaturinformationen jämföra det rådande tillståndet med ett önskat fortfarighetstillstånd inlagt i en programvara. Vid avvikelser mellan tillstånden kan datorn 16 exempelvis öka eller minska återflödet av kall rökgas genom ledningen 38, genom reglering av en ventil 98 i ledningen 38 via en signalför- bindelse 18. Om exempelvis en större andel plastmaterial med högt energiinnehåll (typiskt 9-10 mot normalt ca 2,5 Mcal/kg) temporärt uppträder i bränslet, kan returflö- det av kall rökgas behöva ökas för att sänka medeltemperaturen i enheten A ned till åtminstone 1100 °C. Om å andra sidan temperaturgivarna 12 signalerar att anlägg- ningen riskerar att avkylas till en temperatur under fortfarighetstillståndet, kan retur- flödet av kall rökgas strypas och eventuellt även ugnen 10 och efterbrännkammaren 50 temporärt behöva försörjas med extra bränsle via ledningarna 34 och/eller 36.

Detta styrs på i och för sig känt sätt likaså av datorn 16 via andra signalförbindelser 14, 18, som schematiskt antydsi FIG. 1.

Vid uppstart av en kall anläggning fram till fortfarighetstillståndet, kan i ugnen 10 förbrännas de gasformiga eller flytande bränslen som tillförs genom ledningarna 34, 36. Dessutom kan för detta ändamål i efterbrännkammarens 50 båda steg 60, 80 finnas en eller flera gas- eller oljebrännare 58 (endast en oljebrännare visas i FIG. 1) i anslutning till efterbrännkammarens 50 väggar.

Ovan detaljerade beskrivning är i första hand avsedd att underlätta förståelsen och några begränsningar av uppfinningen ska inte uttolkas därifrån. De modifikatio- ner som blir uppenbara för en fackman vid genomgång av beskrivningen kan genom- föras utan avvikelse från uppflnningstanken eller omfånget av efterföljande patent- krav.

Claims (13)

7 PATENTKRAV

1. Förfarande för förbränning av fast bränsle (40) genom en roterande liggande ugn (10) och en efterbrännkammare (50) ansluten till ugnen, innefattande inmatning av bränslet vid en gavel av ugnen (10); kännetecknat av inledande förbränning av bränslet (40) i en syrefattlg miljö l ett lägre tempera- turintervall i ugnen (10) och i ett första steg (60) av efterbrännkammaren (50) för alst- rande av brännbar rökgas däri; hastighetsökning av rökgasen genom en förträngd passage (70) mellan det första steget (60) och ett andra steg (80) av efterbrännkammaren (50); och forcerad inledning av förbränningsluft i den förträngda passagen (70) för avslu- tande förbränning i ett högre temperaturintervall av rökgasen l passagen (70) och i det andra steget (80) av efterbrännkammaren (50).

2. Förfarande enligt krav 1, innefattande upprätthållande av ett fortfarighetstillstånd för de lägre och högre temperatur- intervallen i ugnen (10) och efterbrännkammaren (50) genom en värmeisolerande och värmelagrande infodring (22, 52) av ugnen och efterbrännkammaren av en be- stämd minimitjocklek.

3. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande upprätthållande av ett fortfarighetstillstånd för de lägre och högre temperatur- intervallen genom selektiv återföring av förbränd rökgas till ugnen (10) från ett rök- gasutlopp.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande upprätthållande av det lägre temperaturintervallet mellan ca 950 och 1100 °C och det högre temperaturintervallet mellan ca 1100 och 1200 °C.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande upptagning av oförbrända restprodukter genom en öppen botten i det första steget (60) av efterbrännkammaren (50). 8

6. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande upptagning av oförbrända restprodukter på en partikelbädd (84) vid en botten av det andra steget (80) av efterbrännkammaren (50).

7. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande exponering av en temporär undersida av bränslet (40) för rökgas i den ro- terande ugnen (10) genom varierande höjd hos en infodring (22) av ugnen.

8. Anläggning för förbränning av fast bränsle (40) innefattande en roterbar liggande ugn (10); en efterbrännkammare (50) ansluten till ugnen; kännetecknad av en primär förbränningsenhet (A) innefattande ugnen (10) och ett första steg av efterbrännkammaren (50) för inledande förbränning av bränslet i en syrefattig miljö i ett lägre temperaturintervall i ugnen (10) och i det första steget (60) för alstrande av brännbar rökgas däri; en sekundärförbränningsenhet (B) innefattande en förträngd passage (70) för hastighetsökning av rökgasen mellan det första steget (60) och ett andra steg (80) av efterbrännkammaren (50), och ett inlopp (72) för forcerad inledning av förbrännings~ luft i den förträngda passagen (70) för avslutande förbränning i ett högre temperatur- intervall av rökgasen i passagen (70) och det andra steget (80) av efterbrännkamma- ren (50).

9. Anläggning enligt krav 8, varvid inloppet (72) är riktat radiellt in i den förträng- da passagen (70).

10. Anläggning enligt krav 8 eller 9, innefattande en fläkt (74) för inblåsning av för- bränningsluften genom inloppet (72).

11. Anläggning enligt något av krav 8-10 innefattande en returledning (38) för se- lektiv återföring av förbränd rökgas till ugnen (10) från ett rökgasutlopp. 9

12. Anläggning enligt något av krav 8-11, innefattande en öppen botten hos det första steget (60) av efterbrännkammaren (50) för upptagning av oförbrända restpro- dukter därigenom.

13. Anläggning enligt något av krav 8-12, innefattande en varierande höjd hos en infodring (22) av ugnen (10).