SE501418C2 - Förfarande och anordning vid förbränningsenhet för att skapa förhållanden för reduktion av miljöstörande ämnen - Google Patents

Description

501418 i 2 visat sig ge god NOX-reduktion, vilket förklaras med sänkt syre- halt och därmed minskad förbränningsintensitet.

Negativa effekter av rökgasàterföring är i första hand av praktisk natur, exempelvis möjlig utkondensering med eventuell korrosion, toxicitet vid läckage, ökat rökgasflöde och följaktligen reducerad eldningskapacitet, högre eleffektförbruk- ning och lägre verkningsgrad genom förhöjd avgastemperatur.

Reburning Annan känd teknik är tillförsel av ytterligare bränsle i slutet av flamman, varvid tidigare bildad NOX reduce- ras. Problemet är även vid detta förfarande att erhálla en god och kontrollerad inblandning i flamman.

Termisk NOX-Reduktion Ytterligare känd teknik är termisk NOX-reduktion (SNCR), t.ex. DeNOx och NOXOUT-processerna. Därvid tillsättes kemikalier, sàsom ammoniak (NH3) resp. urea (NH2)2CO.

Känd effekt är bl.a. NOX-reduktion i temperatur- omradet ca 900-1.000°C. Detta temperaturomràde säges kunna vidgas med speciella stödkemikalier.

Indosering av kemikalie görs därvid efter själva förbränningszonen. Resultatet av denna indosering är starkt avhängigt av en god och kontrollerad inblandning av kemikalier.

Dessutom inverkar skiktad strömning i flamrummet starkt pà resultatet, d.v.s. pà verkningsgrad, kemikalieàtgàng, biproduk- tion av oönskade ämnen samt uppnàelig reduktionsgrad.

Huvudändamàlet med föreliggande uppfinning är att skapa förhàllanden för reduktion av miljöstörande ämnen även vid redan befintliga förbränningsenheter utan krav pà väsentliga och fördyrande ombyggnader.

Ovan sagda ändamàl uppnàs sàledes genom ett för- farande av enligt föreliggande uppfinning angivet slag, som i huvudsak kännetecknas därav, att man tillsätter luft, rökgaser eller resterande bränsle etc. och/eller reducerande medel till förbränningsenheten i samband med förbränningsprocessen genom osymmetriskt placerade portar, sa att rotation av tillfört medel och/eller gas uppnàs i förbränningszonen. 3 501 418 Ett ytterligare ändamàl med uppfinningen är att finna en anordning, som möjliggöres att tillämpas i samband med genomförande av förfarandet enligt uppfinningen.

Sagda ytterligare ändamàl uppnàs enligt förelig- gande uppfinning med en anordning, som i huvudsak kännetecknas därav, att tillföringsportar är belägna utmed förbränningsenhe- tens utsträckning, sett med lika, mindre eller företrädesvis successivt inbördes ökande avstànd utmed förbränningszonen genom en osymmetrisk placering av portarna, sä att rotation av tillfört medel och/eller gas uppnàs i förbränningszonen.

Uppfinningen bygger pà att under själva förbrän- ningsprocessen tillföra del av förbränningsluft genom företrädes- vis osymmetriskt placerade portar. Detta görs vid en eller flera "nivàer" i eldstaden. Genom en osymmetrisk placering av portar och lämplig utformning av dessa samt med lämplig lufthastighet erhàlles rotation av rökgaserna över hela tvärsnittet i eldstaden och möjlighet att öka rotations- och turbulensgrad strax upp- ströms förbränningsgasernas inträde i pannans konvektionsparti med bl.a. bättre utbränning som följd. Systemet ger möjlighet till inblandning av recirkulerade rökgaser (0-100%). Detta resulterar i bättre inblandning, bättre omblandning och bättre rotation.

Samanfattning Förbränning orsakar utsläpp av icke önskvärda föreningar. Detta gäller all förbränning, sàsom trädbränslen, torv, fossila bränslen, sàsom t.ex. olja, gas och kol, cellulosa- avlut, hushållsavfall etc.

Dessa ämnen kan minskas genom - bättre förbränning - tillsättande av reducerande ämnen.

Kända tekniker för reducerande av oönskade ämnen: - OVER FIRE AIR - ROTATING OVER FIRE AIR - reburning - rökgasrecirkulation - tillsättande av ammoniakämnen - tillsättande av kalkprodukter - tillsättande av natriumkarbonater.

Svårigheter: - ojämna förhållanden vid förbränning 501 418 4 - dàlig turbulens-omblandning - svart att få god inblandning med resulterande dàlig verkningsgrad och biproduk- tion av diverse kemiska oönskade föreningar.

I. Uppfinningen avser en metod att àstadkomma in- om-blandning genom rotation t.ex. för ROFA.

II. Uppfinningen avser även att metoden ger en effektiv inblandning t.ex. av ROFA tillsatt överluft.

III. Uppfinningen avser även skapandet av in- och/eller omblandning med metoden, vid förbränning t.ex. reburningbränslen och recirkulerade rökgaser.

IV. Uppfinningen avser även användande av metoden för att med gasströmmen tillsätta reducerande ämnen, t.ex. kalk, ammoniakämnen, aktivt kol m.m.

V. Uppfinningen avser metodens användande enligt I-IV i en förbrännings- och reningsprocess alla led sàväl i tilluft-, tork-, pyrolys-, primär som sekundär förbrännings-, reburning- som senare i rökgassystem.

VI. Uppfinningen avser metodens användande för att möjliggöra och/eller underlätta (förbereda, homogenisera) att andra metoder i sig, t.ex. ROFA, ger termisk NOx-reduktions- potential (DeNOx eller NOXOUT-processerna).

VII. Uppfinningen avser metodens användande i andra sammanhang även utanför förbränningsomrädet, dà god in- och omblandning av ämnen, företrädesvis i gasströmmar, erfordras.

Uppfinningen beskrives i det följande sàsom ett antal föredragna utföringsexempel, varvid hänvisas till de bi- fogade skisserna, pà vilka fig. 1-5 visar exempel pà olika slags förbrän- ningsanläggningar, och fig. 6-8 visar snitt genom förbränningsanlägg- ningar med därtill hörande gastillföringsöppningsarrangemang.

Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas beträf- fande exempelvis NOX-reduktion en eller flera skilda tekniker samtidigt. Därigenom erhàlles ett mycket gott sammanlagt resul- tat. Roterande överluft ger i sig utöver NOX-reduktion en effek- tivare förbränning med resulterande bättre verkningsgrad. Kemi- kalie, sàsom t.ex. ammoniakämnen, doserade via roterande över- 5 501 418 luft, rökgas eller dylikt, innebär effektivare inblandning, lägre kemikalieförbrukning samt utökat användningsomràde tack vare teknikens temperaturreducerande inverkan genom ökad värmeupptag- ning i eldstad.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning för att àstadkomma reduktion av exempelvis kväveoxider vid förbrännings- enhet l, ll, 12, 13, 14 ... ln av önskat slag, som tillföres luft 2 eller annan gas, sker genom att man i första hand inblandar medel 3, som uppvisar kvävereducerande funktion, i förbrännings- enhetens ifràgavarande förbränningszon 4, 41, 42, 43, 44 ... 4n eller senare i samband med sagda gastillförsel under själva förbränningsprocessen. Även kan medel 3 som åstadkommer svavel- reduktion eller reduktion av annat ämne inblandas i sagda zon 4- 4n eller senare.

Företrädesvis làter man tillföra reduktionsmedlet 3 tillsammans med luft 2, rökgas 5, restbränsle 6 eller dylikt, sà att avsedd inträngning och impuls àstadkommes för rotation och blandning.

Därvid àstadkommer man tillföringen sà att rota- tion av tillfört reduktionsmedel 3 och tillförd gas 2, 5, 6 upp- nàs i förbränningszonen 4-4n, företrädesvis genom att tillfö- ringen av reducermedel 3 och gas 2, 5, 6 sker osymmetriskt vid motstàende sidor 7-8; 9-10 av förbränningszonen 4-4n, sà att avböjning av och virvelbildning hos gasmedelsblandningen 2, 5, 6 sker, med därav resulterande effektiv inblandning genom rotation.

Företrädesvis sker tillföring av gas i form av àt- minstone luft 2 fràn ett eller flera ställen ll pà lika, mindre eller företrädesvis successivt inbördes ökande avstànd, vilka verkar pà successivt fjärmat avstànd A, B, C o.s.v. utmed för- bränningszonen 4-4n, företrädesvis via portar ll av exempelvis i och för sig känt slag. Sagda portar ll kan vara placerade i väsentligen varandra motstáende sidor 7-8; 9-10 hos ifràgavarande eldningsanläggning 1-ln, exempelvis i tvà, tre alternativt fyra väggar eller liknande i cirkulära tvärsnitt, sàsom visas i fig. 8, eller tvärsnitt av annan form.

Företrädesvis tillför man för att nyttja uppfin- ningen fullt ut reducermedel 3 i form av lämplig kemikalie som àstadkommer önskad kväveoxidreduktion alternativt svavelreduktion eller annan funktion, sàscm t.ex. nàgon av följande: ammoniak 501 418 i 6 (NH3), urea (NH2)2CO, kalkprodukter, natriumkarbonater och aktivt kol och i någon eller några av följande former: flytande, spray eller pulver.

Lämpligen doserar man erforderlig mängd resp. halt av reducerkemikalie 3 för att kunna uppfylla och erhålla avsedd reduktionsgrad in i företrädesvis roterande överluft och/eller gas via tillföringsluft- och/eller gastillföring och/eller rest- bränsletillföring 3; 5; 6.

Anordning för att kunna genomföra förfarandet enligt föreliggande uppfinning för att åstadkomma reduktion av exempelvis kväveoxider vid förbränningsenhet l-ln, som tillföres luft 2 eller någon eller några lämpad/lämpade gas/gaser enligt ovanstående, innefattar lämpligt antal tillföringsöppningar ll anordnade utmed förbränningsenhetens utsträckning, sett utmed successivt ökat avstånd i riktning från en ifrågavarande förbränningszon 4-4n.

Företrädesvis är anordningen utformad så att luft- portar ll är anordnade så att de verkar på hos varandra mot- stående väggar 7-8; 9-10 till en förbränningsenhet l-ln på från varandra skilda nivåer 12, 13, 14, 15, 16, 17 och/eller är parvis sidoförskjutna från varandra.

Såsom exempel på lämplig förbränningsenhet, där uppfinningen lämpar sig, visas i fig. l en sodahuspanna, i fig. 2 en olje-gas-pulverpanna med topplacerade vertikalt verkande brän- nare, i fig. 3 en fastbränslepanna för exempelvis trädbränslen, hushållsavfall, i fig. 4 en olje-gas-pulverpanna med sidomonte- rad(-e) brännare, och i fig. 5 en CFB-panna, d.v.s. med cirkule- rande fluidicerande bädd, men även andra panntyper och utform- ningar är lämpade för att nyttja föreliggande uppfinning.

Räcker den av ROFA erhållna reduktionen ej för uppfyllande av yttre krav alternativt önskad reduktionsgrad, doseras erforderlig halt av ammoniak (koncentrerad alternativt utspädd) alternativt ammoniakbaserat preparat, såsom t.ex. urea eller kalkprodukter, alternativt natriumkarbonater för svavel- reduktion, eller andra lämpliga kemikalier, in i den roterande överluften i pulver-, spray- eller flytande form.

Inblandningen av kemikalie möjliggöres således även under och i samband med själva förbränningsprocessen.

Genom reglersystem doseras erforderlig mängd av ammoniakämne etc. via avsett antal portar. Förfarandet passar 7 501 418 alla typer av anläggningar, smà som stora, exempelvis av typen rostereldade-fastbränsle, flytande-gas-bränslen via brännare, fluidicerande, cirkulerande fluidicerande, sodahus, motorer, gas- turbiner, efterbränning i cykloner etc.

Förfarandet är applicerbart för olika typer av bränslen, sàsom t.ex. eldningsolja, gasol, naturgas, hushàlls- avfall, biobränslen, pulverbränslen, cellulosa-avlutar etc. För- farandet är även applicerbart för kontrollerad tillförsel och inblandning av reburningbränsle.

Utformningen av portarna ll kan ske pà varierande sätt, exempelvis som vanliga öppningar, dysor, sprutmunstycken, spridare etc., företrädesvis cirkulära eller rektangulära. Till- föringen av kemikalie etc. kan även ske pà varierande sätt, exempelvis att redan vara inblandad i luften 2, rökgas 5 eller motsvarande (t.ex. ànga), som tillföres förbränningsanläggningen 1-ln, eller tillföras skilt fràn luft- eller gasinföringen till anläggningen l-ln och blandas med luften först inne i själva förbränningsutrymmet 4-4n eller genom en kombination därav.

Via osymmetriskt placerade luftportar ll i pann- väggar 7-10 tillföres för förbränning förbränningsluft 2 alter- nativt recirkulerad rökgas 5 (bärgas), reduktionsmedel 3 och eventuellt restbränsle 6. Utifràn bl.a. eldstadens tvärsnittsarea dimensioneras luftportarna ll, sä att tillräcklig inträngning och impuls erhàlles för önskad inblandning, omblandning och rotation.

Principen bakom strömningen är att luft 2 alterna- tivt rökgas 5 eller restbränsle 6 föres in i eldstad som stràlar via portar ll. Vid motstàende sida böjer strálarna av (vid rek- tangulär sektion - 90 grader). Efter denna avböjning uppstàr kraftig virvelbildning med resulterande kraftig inblandning.

Utöver denna inblandning erhàlles rotation 18 (korkskruvsrörelse) av hela tvärsnittet med resulterande högre volymelementhastighet.

Virvelbildningen är en fysikalisk konsekvens av riktningsför- ändringen.

Av skisserna, speciellt figurerna 6-8, framgàr luftens 2 och kemikaliens 3 omvirvling och inblandning i förbrän- ningszonen 4-4n, varvid skall förstàs att även rökgasàterföring och restbränsle fär samma in- och omblandning som den sagda tillförda luften 2.

Utökat användningsområde för t.ex. NOX-reduktion uppnàs sàledes nu med hjälp av ammoniak eller annat lämpligt ämne 501 418 8 pà grund av bl.a. lägre flamtemperatur och större omrâde med lämplig temperatur, d.v.s. genom att värmebalansen skjuts mot eldhärden.

NH3 och (NH2)2CO inblandat i flamma har sàledes ej tidigare varit möjligt, utan har brunnit upp och bildat mer NOX.

Sänkt flamtemperatur möjliggör nu tillsättning av NH3 och (NH2)2CO i direkt anslutning till och i slutförbränningen genom effektiv inblandning, omblandning och förbränning.

Uppfinningen torde ha förstàtts av det ovan sagda, men uppfinningen är ej begränsad till det sagda och visade, utan kan varieras inom ramen för patentkraven utan att för den skull uppfinningstanken fràngás.

Claims (12)

”f 501 418 P a t e n t k r a v

1. l. Förfarande vid förbränningsenhet (1, ll, 12, 13, 14, ln) för att genom in- och omblandning av förbränningsluft, bränsle och/eller reducerande medel, sàsom t.ex. kalk, ammoniak- ämnen, aktivt kol, i förbränningsenheten skapa förhållanden för reduktion av miljöstörande ämnen, kännetecknat därav, att man tillsätter luft (2), rökgaser (5) eller resterande bränsle (6) etc. och/eller reducerande medel (3) till förbränningsenheten i samband med förbränningsprocessen genom osymmetriskt placerade portar (ll), sà att rotation (18) av tillfört medel (3) och/eller gas (2, 5, 6) uppnas i förbränningszonen (4-4n).

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat därav, att luft (2), rökgas (5) eller resterande bränsle (6) etc. föres in i förbränningsenheten som stràlar via portar (ll), sà att stràlarna böjer av med uppstàende virvelbildning och resulte- rande inblandning av hela tvärsnittet av förbränningsenheten(1-ln).

3. Förfarande enligt patentkrav 1-2, kännetecknat därav, att man tillför reduktionsmedlet (3), resterande bränsle (6) etc. tillsammans med luft (2), rökgas (5) etc., sà att avsedd inträngning och impuls àstadkommes för blandning.

4. Förfarande enligt patentkrav 1-3, kännetecknat därav, att tillföringen av reducermedel (3) och gas (2, 5, 6) sker vid motstàende sidor (7-8; 9-10) av förbränningszonen (4- 44), sà att avböjning av och virvelbildning hos gasmedelsbland- ningen (2, 5, 6) sker med därav in- och omblandning under rota- tion (18).

5. Förfarande enligt nagot av patentkraven 3-4, kännetecknat därav, att tillföring av företrädesvis gas i form av luft (2) sker fràn flera ställen (ll), vilka verkar pà successivt fjärmat avstànd utmed förbränningszonen (4-44).

6. Förfarande enligt nagot av ovan angivna patent- krav, kännetecknat därav, att sagda tillföring ástadkommes via portar (ll) placerade i väsentligen varandra motstàende sidor (7- 8; 9-10), exempelvis i tva, tre alternativt fyra väggar, eller liknande i cirkulär tvärsnitt eller tvärsnitt av annan form. /0 501 418

7. Förfarande enligt nagot av ovan angivna patent- krav, kännetecknat därav, att man tillför reducermedel (3) i form av för avsedd reduktion lämplig kemikalie, sàsom atminstone någon av följande: ammoniak (NH3), urea ((NH2)2CO), kalkämne, natrium- karbonat eller aktivt kol, och som exempelvis är i flytande form, sprayform eller pulverform.

8. Förfarande enligt nagot av ovan angivna patent- krav, kännetecknat därav, att man även skapar in- och/eller om- blandning vid förbränning, av reburningbränslen och recirkulerade rökgaser.

9. Förfarande enligt nàgot av ovan angivna patent- krav, kânnetecknat därav, att man àstadkommer ifrågavarande till- sättande i en förbrännings- och reningsprocess alla led, saväl i luft-, tork-, pyrolys-, primär som sekundär förbrännings-, och reburning- som senare i rökgassystem.

10. Anordning för genomförande av förfarandet vid för- bränningsenhet (1, ll, 12, 13, 14, ln) för att genom in- och omblandning av förbränningsluft bränsle och/eller reducerande medel, sàsom t ex kalk, ammoniakämnen, aktivt kol, i förbrän- ningsenheten skapa förhållanden för reduktion av miljöstörande ämnen, enligt nagot av ovanstående patentkrav, kännetecknad därav, att tillföringsportar (ll) är belägna utmed förbrännings- enhetens utsträckning, sett med lika, mindre eller företrädesvis successivt inbördes ökande avstànd utmed förbränningszonen (4-4n) genom en osymmetrisk placering av portarna (ll) sá att rotation av tillfört medel (3) och/eller gas (2, 5, 6) uppnàs i förbrän- ningszonen (4-4n).

11. ll. Anordning enligt patentkrav 10, kännetecknad därav, att portar (ll) är placerade i väsentligen varandra mot- stàende sidor (7-18; 9-10) hos ifrågavarande eldningsanläggning (1-1“).

12. Anordning enligt nagot av patentkraven 10-ll, kännetecknad därav, att portarna (ll) bildas av öppningar, dysor, sprutmunstycken, spridare etc., företrädesvis cirkulära eller rektangulära.