BE1030715B1

BE1030715B1 - Werkwijze voor het opwekken van stoom in combinatie met een energieopwekkingsproces alsook installatie hiervoor

Info

Publication number: BE1030715B1
Application number: BE20225569A
Authority: BE
Inventors: Proft Renaat De; Giovanni Nizzola; Benoit Englebert; Rudolf Pittoors; Tom Croymans; Gerben Timmer; Goof Holtzer
Original assignee: Keppel Seghers Belgium Nv
Priority date: 2022-07-13
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2024-02-12
Also published as: BE1030715A1; WO2024013695A1

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor het opwekken van stoom in combinatie met een energieopwekkingsproces, omvattende volgende stappen: het geleiden van bij de verbranding ontstaan heet rookgas langsheen ten minste één voorverwarmer en ten minste één stoomoververhitter, waarbij doorheen een voorverwarmer toevoerwater wordt gevoerd en doorheen een stoomoververhitter stoom; het verhitten van stoom in een stoomoververhitter tot oververhitte stoom met een temperatuur van ten minste 400 °C en onder een druk van ten minste 100 bar; het toevoeren van de oververhitte stoom aan een turbine; waarbij de stoom na het verlaten van een trap van de turbine wordt herverhit en aan ten minste één volgende trap van de turbine wordt toegevoegd, waarbij deze stoom wordt herverhit middels warmte uit stoom afkomstig van een stoomvat, waarbij deze stoom tevens wordt herverhit middels warmte uit heet rookgas alvorens toevoeging aan een volgende trap van de turbine. De uitvinding betreft tevens een afvalverbrandingsinstallatie.

Description

1 BE2022/5569

WERKWIJZE VOOR HET OPWEKKEN VAN STOOM IN COMBINATIE MET EEN

ENERGIEOPWEKKINGSPROCES ALSOOK INSTALLATIE HIERVOOR

TECHNISCH DOMEIN

De uitvinding heeft in sen cerste aspect betrekking op een werkwijze voor het opwekken van sioom in combinatie met een energieopwekkingsproces.

In een tweede aspect betreft de uitvinding een afvalverbrandingsinstallatie voor het opwekken van stoom in combinatie met een energieopwekkingsproces.

STAND DER TECHNIEK

In de stand der techniek zijn aivalverbrandingsinstallaties op zich bekend. In een afvalverbrandingsinstallatie wordt heet rookgas dal bij de verbranding van afval onistaai, gebruikt om stoom te produceren door water te verhitten. De stoom wordt gebruikt om turbines aan te drijven of gebruikt voor andere energieprocessen zoals warmtekrachikoppeling met als doel energie terug te winnen. De terugwinning van thermische energie uit net Lijdens het verbrandingsproces gegenereerde rookgas wordt op heden uitgevoerd door traditionele boilers die gewoonlijk bestaan uit een verbrandingskamer met walerwanden, alsmede verdampers, voorverwarmers en stoomoververhitters die de warmte van het hete rookgas als energiebron gebruiken.

In de voorverwarmer wordt het loevoerwater verwarmd voordat het naar een verdamper wordt gevoerd. De verdamper produceert stoom door het verwarmde toevoerwater om te zeiten in natte stoom. De natie stoom wordt vervolgens omgezet in droge stoom en door de stoomoververhitter op een nuttige temperatuur gebracht. De droge, verwarmde stoom van de stoomoververhitter wordt gebruikt om nuttige arbeid ie produceren in de vorm van elektriciteit en/of warmte. De walerwanden van de verbrandingskamer absorberen ook de warmte die vrijkomt bij de verbranding. Deze warmte wordt tevens gebruikt om het toevoerwaler te verdampen toi stoom dat vervolgens naar de sicomoververhitter wordt geleid.

De stoom wordt in het algemeen oververhit tot een temperatuur van ongeveer 400°C, maximaal 450°C, en een druk van ongeveer 40 bar. In een aantal installaties worden hogere temperaturen en drukken toegepast.

2 BE2022/5569

Boilers voor stoomopwekking hebben echter te lijden onder thermische vermogensschommelingen doordat de verbranding van afval wordt gekenmerkt door een grole varlabiliteit in netto calorische waarde. Dit Ieidt tot een aanlal technische problemen die het maximale netto elektrische rendement beperken dat in bestaande afvalverbrandingsinstallatie kan worden bereikt. in het algemeen is de reden hiervoor te vinden in het feil dat de "brandstof" met een lage joulewaarde, het afvalmateriaal, leidt tot corrosie in die delen van de Installatie die in contact komen met de rookgassen. De maatregelen die worden genomen om deze corrosie tegen te gaan (lage temperatuur van zowel het oppervlak van de warmtewisselaar als de rookgassen die ermee in aanraking komen) gaan ten koste van het totale rendement van de installatie. Een probleem is bijgevolg dat de maximale sioomtemperatuur die door de stioomoververhitter kan worden bereikt, is beperkt als gevolg van corrosie.

Een bijkomend probleem is dat in conventionsle afvaiverbrandingsinstallaties gebruik wordt gemaakt van sioomoververhitters met een groot oververhiitingsopperviak. Het oververhittingsopperviak van dergelijke sloomoververhitters wordt op heden voorzien van een nikkellegering die het oppervlak beschermt {egen hoge temperaturen en corrosie als gevolg van deze hoge temperaturen. Dergelijke nikkellegering is duur en nadelig voor de kost van een afvalverbrandingsinstallatie.

De huidige uitvinding beoogt een oplossing te vinden voor ten minste enkele van bovenvermelde problemen.

Hoewel men tot nu toe heeft getracht het uiteindelijke netto elektrische rendement van deze bekende installaties te verbeleren, is dit tot nu Loe niet bereiki. Het netto elektrische rendement voor grote moderne installaties bedraagt ongeveer 25%.

De uitvinding beoogt een afvalverbrandingsinstlallalles met son hoger netto elektrisch rendement waarbij stoomparameters zoals stoomdruk en stoomtemperatuur binnen een bereik blijven waardoor corrosie-risico’s beperkt worden.

3 BE2022/5569

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

In een eerste aspect betrefi de uitvinding sen werkwijze voor het opwekken van stoom in combinatie met een energieopwekkingsproces volgens conclusie 1. Meer bepaald omvat de werkwijze volgens het eerste aspect van de uilvinding dat de sioom na het verlaten van een trap van de turbine wordt herverhit en aan ten minste één volgende irap van de turbine wordt icegevoegd, waarbij deze stoom wordt herverhit middels warmte uit stoom afkomstig van een stoomvat, waarbij deze stoom tevens wordt herverhit middels warmte uit het rookgas alvorens toevoeging aan een volgende trap van de turbine.

Een voordeel van een werkwijze volgens het eerste aspect is dal een verhoogd netto elektrisch rendement wordt bekomen vergeleken met gekende werkwijzen voor hel opwekken van sloom In combinalie met sen energieopwekkingsproces. In het bijzonder wordt dit verhoogd netto elektrisch rendement behaald zonder dat hoge stoomparameters vereist zijn, zoals bijvoorbeeld iemperaluur en druk van de sloom,

Bijgevolg heeft de uitvinding als bijkomend voordeel dat extreme corrosie-risico’s vermeden worden aangezien de temperatuur en druk van de sloom beperkt blijven. Nog een bijkomend voordeel van het vermijden van corrosie-risico’s is dat onderhoudskosten bespaard worden voor bijvoorbeeld het vervangen van sioomoververhiiiers of andere onderdelen,

Een bijkomend voordeel van een werkwijze volgens het eerste aspect is dal een grote ihermische efficiëntie van de sloomoververhillers word! bekomen middels minder oververhillingsoppervlak, vergeleken met het vereiste oververhillingsoppervlak van gekende werkwijzen om een vergelijkbare thermische efficiëntie te bekomen. Op deze wijze wordt een economisch voordeel bekomen door de verhoogde thermische efficiëntie maar tevens is er ook een voordeel in de vorm van een kostenbesparing aangezien minder oververhittingsopperviak bedekt moet worden met een dure nikkellegering.

Een bijkomend voordeel van een werkwijze volgens het eerste aspect is dat meer energie per ton verwerkt afval wordt teruggewonnen vergeleken met gekende werkwijzen.

Voorkeurdragende uitvoeringsvormen van het eerste aspect van de uitvinding worden beschreven in conclusies 2 tot 10.

4 BE2022/5569

In een tweede aspect betreft de uitvinding een afvalverbrandingsinstallatie voor het opwekken van stoom in combinatie met een energicopwekkingsproces volgens conclusie 11. Meer bepaald omvat de afvalverbrandingsinstallatie volgens het tweede aspect tevens ten minste één sioomherverhitter en een heropwarmingsleiding alsook sen tweede stoomval omval voor het herverhitten stoom afkomstig van een eersie trap van de turbine, waarbij een sioomherverhitier gelegen is in een trek van de verbrandingskamer voor het opnemen van warmte uit het neet rookgas en waarbij ten minste een deel van de heropwarmingsleiding doorheen het iwesde stoomvat loopi voor het opnemen van warmte uit sloom aanwezig in het tweede stoomval.

Een voordeel van een afvalverbrandingsinstallatie volgens het tweede aspect is dat de afvaiverbrandingsinstallatie in een werkzame toestand sen verhoogd netto elektrisch rendement behaalt vergeleken met gekende afvalverbrandingsinstaliaties. In het bijzonder wordt dit verhoogd netto elektrisch rendement behaald zonder dat hoge stoomparameters vereist zijn, zoals bijvoorbeeld temperatuur en druk van de stoom, waardoor corrosie-risico's beperkt blijven.

Een bijkomend voordeel van het vermijden van corrosie-risico's is dat onderhoudskosten bespaard worden voor bijvoorbeeld het vervangen van stoomoververhitlers of andere onderdelen.

Voorkeurdragende uitvoeringsvormen van het tweede aspect van de uitvinding worden beschreven in conclusies 12 tot 15. Een bijzondere uitvoeringsvorm betreft sen afvalverbrandingsinstallatie volgens conclusie 13. Deze uilvoeringsvorm heeft als voordeel dat optimale warmteoverdracht tussen enerzijds sloom afkomstig van een trap van de turbine en stoom afkomstig van een sloomval plaalsvindt. Dit laat [oe om de warmteoverdracht te realiseren met een minimaal temperatuurverschil.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

Fig. 1 illustreert een schematische voorstelling van een afvalverbrandingsinstallatie voorzien van sen aantal verticale trekken volgens voorkeurdragende uilvoeringsvormen van de uitvinding.

Fig. 2 illustreert een processchema voor het opwekken van stoom in combinaties met een energieopwekkingsproces volgens voorkeurdragende uitvoeringsvormen van de uitvinding, waarbij een pomp tussen een tweede en een eerste stoomvat is geplaatst.

Fig. 3 illustreert een processchema voor het opwekken van stoom in combinatie met een energicopwekkingsproces volgens voorkeurdragende uilvoeringsvormen van de uitvinding, waarbij geen pomp lussen een iweede en sen eerste stoomval is geplaatst. 5 Fig. 4 illustreert een schematische voorstelling van sen aivalverbrandingsinstallatie voorzien van een aantal horizontale trekken volgens voorkeurdragende

Uitvoeringsvormen van de uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

De uitvinding betrefl sen werkwijze voor het opwekken van sioom in combinatie met een energieopwekkingsproces. Verder betreït de uitvinding sen afvalverbrandingsinstallatie voor het opwekken van sloom.

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die gebruikt worden in de beschrijving van de uitvinding, ook technische en welenschappelijke termen, de betekenis zoals ze algemeen begrepen worden door de vakman in het technisch veld van de uitvinding.

Voor sen betere beoordeling van de beschrijving van de uitvinding, worden de volgende iermen expliciet uitgelegd.

De term “stoomvat” omvat in deze tekst sen reservoir dal zowel water als sloom beval.

Een stoomvat fungeert als sen fasescheider voor het stoom/water mengsel.

De term “voorverwarmer” of “economizer” omvat in deze tekst een warmtewisselaar die warmte opneem! uil rookgas en die afgeeft aan ioevoerwaler van een sloomvat. “Een”, ’de” en “het” refereren in dit document aan zowel het enkelvoud als hel meervoud tenzij de context duidelijk anders veronderstelt. Bijvoorbeeld, “een segment” betekent een of meer dan een segment.

Wanneer “ongeveer” of “rond” in dit document gebruikt wordt bij een meetbare grootheid, een parameter, een tijdsduur of moment, en dergelijke, dan worden variaties bedoeld van +/-20% of minder, bij voorkeur +/-10% of minder, meer bij voorkeur +/- 5% of minder, nog meer bij voorkeur +/-1% of minder, en zelfs nog meer bij voorkeur +/-0.1% of minder dan en van de geciteerde waarde, voor zoverre zulke variaties van toepassing zijn in de beschreven uitvinding. Hier moet echter wel onder verstaan worden dat de waarde van de grootheid waarbij de term “ongeveer” of “rond” gebruikt wordt, zelf specifiek wordt bekendgemaakt.

6 BE2022/5569

De termen “omvatten”, “omvattende”, “bestaan uit”, “bestaande uit”, “voorzien van”, “bevatten”, “bevattende”, “behelzen”, “behelzende”, “inhouden”, “inhoudende” zijn synoniemen en zijn inciusieve of open termen die de aanwezigheid van wal volgt aanduiden, en die de aanwezigheid niet uitsluiten of beletten van anders componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, gekend uit of beschreven in de stand der techniek.

Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunien inbegrepen.

In een eerste aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor hel opwekken van sloom in combinatie met een energieopwekkingsproces, omvattende volgende stappen: - het geleiden van bij de verbranding ontslaan heel rookgas langsheen ten minsle één voorverwarmer en ten minste één stoomoververhitter, waarbij doorheen een voorverwarmer toevoerwater wordt gevoerd en doorheen een stoomoververhitier stoom; - het verhitten van sloom in een sioomoververhitter tot oververhitte stoom met een temperatuur van ten minste 400 °C en onder een druk van ten minste 100 bar; - het ioevoeren van de oververhille sloom aan een turbine; waarbij de stoom na het verlaten van een trap van de turbine wordt herverhit en aan ten minste één volgende trap van de turbine wordt toegevoegd, waarbij deze stoom wordt nerverhit middels warmte uit sloom afkomstig van een sioomvat en waarbij deze stoom levens wordt herverhit middels warmte uil heel rookgas alvorens toevoeging aan een volgende trap van de turbine.

Een voordeel van een werkwijze volgens net eerste aspect is dat een verhoogd netto elektrisch rendement wordt bekomen vergeleken met gekende werkwijzen voor het opwekken van stoom in combinatie met sen energieopwekkingsproces. In het bijzonder wordt dit verhoogd netto elektrisch rendement behaald zonder dat hoge stoomparameters vereist zijn, zoals bijvoorbeeld temperatuur en druk van de stoom.

Bijgevolg heeft de uitvinding als bijkomend voordeel dat extreme corrosie-risico’s vermeden worden aangezien de temperatuur en druk van de stoom beperkt blijven. Nog een bijkomend voordeel van het vermijden van corrosie-risico’s is dat onderhoudskosten bespaard worden voor bijvoorbeeld het vervangen van stoomoververhitters of andere onderdelen.

7 BE2022/5569

Een bijkomend voordeel van een werkwijze volgens het eerste aspect is dat een grote thermische efficiëntie van de stoomoververhitters wordt bekomen middels minder oververhittingeopperviak, vergeleken met hel vereiste oververhittingsopperviak van gekende werkwijzen om een vergelijkbare thermische efficiëntie te bekomen. Op deze wijze wordt een economisch voordeel bekomen door de verhoogde thermische elficiènie maar tevens is er ook een voordeel in de vorm van een kostenbesparing aangezien minder oververhittingsopperviak bedekt moet worden met sen dure nikkellegering.

Een bijkomend voordeel van een werkwijze volgens het eerste aspect is dal meer energie per ton verwerkt aival wordt teruggewonnen vergeleken met gekende werkwijzen,

In een voorkeurdragende uilvoeringsvorm van huidige uitvinding wordt de stoom verhit tot een temperatuur in het bereik van 400-450 °C, bij voorkeur in het bereik van 400- 440 °C. Indien de stoom wordt verhit tot een temperatuur hoger dan dit bereik treed! aanzienlijke corrosie op aan onderdelen van de afvalverbrandingsinstallatie, resulterenc in een hoge onderhoudskost. Indien de stoom wordt verhit tot een temperatuur lager dan dit bereik bevat de sloom een te lage hoeveelheid energie, welke kan omgezel worden middels sen turbine tot elektrische energie, om een economisch relevant netto elektrisch rendement te bekomen. Deze ultvoeringsvorm heeft bijgevolg als voordeel dat de sloom wordt verhit tot sen temperatuur in een optimaal bereik.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van huidige uitvinding wordt de stoom na helt verlaten van een trap van de turbine herverhit tot een temperatuur van ten minste 300 °C, bij voorkeur in het bereik 310-450 °C, meer bij voorkeur in het bereik van 320-450 °C en met de meeste voorkeur in het bereik van 350-450 °C. Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de stoom wordt herverhit tot een temperatuur van ten minste 300 °C waardoor een verhoogd netto elektrische rendement wordt bekomen dat met gekende afvailverbrandingsinstallaties niet bereikt kan worden zonder aanzienlijke corrosie-risico’s te nemen.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van huidige uitvinding wordt de druk van de oververhitte stoom aangeleverd aan een eerste trap van de turbine in een bereik van 100-180 bar, bij voorkeur in sen bereik van 110-179 bar en met de meeste voorkeur in het bereik van 110-150 bar. Een druk lager dan voorgenoemd bereik is te laag om een verhoging van het netto elektrisch rendement te bekomen. Een druk hoger dan voorgencemd bereik resulteert in te hoge operationele kost om dergelijk drukken te bereiken. Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de druk van de oververhitie

8 BE2022/5569 stoom wordt aangeleverd aan een eerste trap van de turbine in een economisch relevant bereik en waarbij sen verhoogd netto elektrisch rendement wordt bekomen.

In een voorkeurdragende uilvoeringsvorm van huidige uitvinding wordt de druk van de herverhitie sloom aangeleverd aan een volgende trap van de turbine in een bereik van 15-70 bar, bij voorkeur 20-50 bar en met de meeste voorkeur in een bereik van 25-45 bar. Een druk lager dan voorgenoemd bereik is ie laag om een verhoging van het netto elektrisch rendement te bekomen. Een druk hoger dan voorgenoemd bereik resulteert in de nood om de temperatuur van ce herverhitte stoom nauwgezet te controleren om corrosie aan onderdelen te vermijden te vermijden, Een voordeel van deze

Uitvoeringsvorm is bijgevolg dat er geen nood is om de lemperaluur van de herverhiiie stoom te controleren, zoda! enige variabiliteit aan lemperaluur toegelalen is, en er toch een verhoging van het netto elektrisch rendement wordt bekomen.

In een voorkeurdragende uilvoeringsvorm van huidige uitvinding bedraagt de sneiheid van het rookgas tijdens het uitwisselen van warmte met een voorverwarmer en/ol stoomoververhitier 3-6 m/s, bij voorkeur bedraagt de snelheid 4-5,5 m/s. Een snelheid in dergelijk bereik heeft als voordeel dat een gelijkmatige lemperaluurafbouw verkregen wordt van het rookgas.

Een stoomoververhitter omvalt in essentie een warmtewisselaar welke een bundel aan verdamperpijpen omvat die verzadigde sloom verder verhiiten tot oververhitte stoom voorbij het verzadigde stoompunt. Op deze wijze omvat oververhitie stoom een hogere temperatuur en lagere dichtheid dan verzadigde stoom bij dezelfde druk.

In sen voorkeurdragende uilvoeringsvorm van huidige uitvinding omvat een stoomoververhitier ten minste twee rijen verdamperpijpen, waarbij elke rij een veelheid aan verdamperpiipen omvat, bij voorkeur 50-100 verdamperpijpen per rij. In een verdere uitvoeringsvorm omvat de diameter van een verdamperpijp van een stoomoververhitter 30-75 mm, bij voorkeur 35-69 mm en met de meeste voorkeur 40- 50 mm. Dergelijke uiivoeringsvorm heeft als voordeel dat een optimale en gelijkmatige warmiewisseling wordt bekomen.

In een voorkeurdragends uilvoeringsvorm wordt ten minste één sioomoververhitter in tegenstroom ten opzichte van de stromingsrichting van het rookgas gepositioneerd en ten minste één andere stoomoververhitter in gelijkstroom ten opzichte van de stromingsrichting van het rookgas wordt gepositioneerd.

9 BE2022/5569

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm omvat een voorverwarmer ten minste twee rijen verdamperpijpen, waarbij elke rij een veelheid aan verdamperpijpen omvat, bij voorkeur 50-100 verdamperpijpen per rij, in een verdere uiivoeringsvorm omvalt de diameter van een verdamperpijp van een voorverwarmer 30-75 mm, bij voorkeur 35- 60 mm en met de meeste voorkeur 40-50 mm. Dergelijke uitvoeringsvorm heeft ais voordeel dat een optimale en gelijkmatige warmtewisseling wordt bekomen.

In een voorkeurdragende uilvoeringsvorm wordt een voorverwarmer in tegenstroom ien opzichte van de stromingsrichting van het rookgas gepositionserd. Dergelijke uitvoeringsvorm neeft als voordeel dat de warmte uit het rookgas optimaal wordt opgenomen door toevoerwater in de voorverwarmer. In een andere Uitvoeringsvorm wordt een voorverwarmer in gelijksiroom ten opzichte van de stromingsrichting van het rookgas gepositioneerd, omdat dit de installatie minder gevoelig maakt voor rookgaszijdige corrosie.

In een tweede aspect betreft de uitvinding een afvaiverbrandingsinstallatie voor het opwekken van sloom, omvattende: een verbrandingskamer waarin afval wordt verbrand, waarbij tijdens het verbranden heet rookgas vrijkomt, waarbij de verbrandingskamer een aantal trekken omvalt; ten minste één voorverwarmer om toevoerwater te verwarmen middels warmte uit het hete rookgas; ten minste één verdamper om stoom te produceren uit het verwarmde toevoerwater middels warmte uit het hete rookgas; een eerste stoomvat dat is geconfigureerd om het verwarmde toevoerwater van ten minste één voorverwarmer te ontvangen en te fungeren als voorraad aan verwarmd toevoerwater, waarbij het ten minste één stoomvat verder is geconfigureerd om de stoom van ten minste één verdamper te ontvangen en te fungeren als voorraad aan sloom; ten minsie één stoomoververhitier om de stoom van ien minsie één stoomval te ontvangen en de sloom verder te verhitten tot oververhitte stoom middels warmte van het hete rookgas; ten minste één turbine om oververhitte sloom van len minste één stoomoververhitier te ontvangen en de stoom om te zetten elektriciteit; waarbij de afvalverbrandingsinstallatie levens ien minste één stoomherverhitier, een heropwarmingsleiding alsook een tweede stoomvat omvat voor het herverhiiten sicom afkomstig van een cerste trap van de turbine, waarbij een stoomherverhitter gelegen is in een trek van de verbrandingskamer voor het opnemen van warmie uit het heet rookgas en waarbij ten minste gen deel van de heropwarmingsieiding doorheen het

10 BE2022/5569 tweede stoomvat loopt voor het opnemen van warmte uit stoom aanwezig in het tweede sicomvat.

Een voordeel van een afvalverbrandingsinstaliatie volgens het tweede aspect is dat de afvaiverbrandingsinstallatie in een werkzame toesiand een verhoogd netto elektrisch rendement behaalt vergeleken met gekende afvalverbrandingsinsiallaties. In het bijzonder wordt dit verhoogd netto elektrisch rendement behaald zonder dat hoge stoomparameters vereist zijn, zoals bijvoorbeeld temperatuur en druk van de sloom, waardoor corrosie-risico’s beperkt bijven.

Een bijkomend voordeel van het vermijden van corrosie-risico's is dat onderhoudskosten bespaard worden voor bijvoorbeeld het vervangen van stoomoververhitiers of andere onderdelen,

In een voorkeurdragende uiivoeringsvorm van huidige uitvinding heeft de verbrandingskamer vier trekken. In sen verdere uitvoeringsvorm is ten minste één trek van de verbrandingskamer horizontaal gepositioneerd tegenover ien minste één andere trek. In een andere uitvoeringsvorm Is ten minste één trek van de verbrandingskamer verticaal gepositioneerd tegenover ten minsie één andere trek, bij voorkeur zijn alle vier irekken verticaal gepositioneerd. In een andere voorkeurdragende uitvoeringsvorm zijn enkele irekken horizontaal gepositioneerd.

In sen uitvoeringsvorm wordt afval in de verbrandingskamer middels één van volgende processen verbrand: pyrolyse, vergassing, verbranding middels zuivere zuurstof of een ander verbrandingsproces gekend in de stand der techniek, Verder zijn voorbeelden van afval: slib, biomassa, chemisch afval, medische afval en restafval.

In sommige uiivoeringsvormen is de verbrandingskamer een wervelbedverbrandingskamer. In een andere uitvoeringsvorm is de verbrandingskamer een roosterverbrandingskamer.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm omvat de temperatuur in de eerste de trek ongeveer 1200 °C, in de tweede trek ongeveer 850 °C, in de derde irek ongeveer 650 °C en aan de uitlaat van de vierde trek ongeveer 140 °C.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm omvat de verbrandingsinstallatie in totaal 1- 20 stoomoververhitters, bij voorkeur 2-15 en meer bij voorkeur 3-12. In een il BE2022/5569 voorkeurdragende uitvoeringsvorm omvat de verbrandingsinstallatie in totaal 1-6 stoomherverhitters, bij voorkeur 1-4 en meer bij voorkeur 1-3.

In een voorkeurdragende Uitvoeringsvorm omvat de sioomherverhitter een buizenwarmiewisselaar. Deze uilvoeringsvorm heeft als voordeel dal optimale warmteoverdracht iussen enerzijds sloom afkomstig van een trap van de turbine en sloom afkomstig van een stoomvat plaalsvindi. Meer bepaald de uitstroomtemperatuur van uilgaande sloom is ongeveer gelijk aan de instroomiemperaluur van ingaande stoom. In een verdere uitvoeringsvorm is de stoomherverhitier een verticale buizenwarmtewisselaar. In een andere Litvoeringsvorm is de stoomherverhitter een horizontale buizenwarmtewisselaar.

In een voorkeurdragende uilvoeringsvorm is het tweede sioomuvat rechistreeks, zonder gebruik te maken van een pomp, verbonden met het eerste stoomvat. In een verdere uitvoeringsvorm is het tweede stoomvat boven op het eerste stoomvat geplaatst.

Dergelijke uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat condensaat, zijnde water, van het tweede stoomvai middels de zwaartekracht terugloopt naar het eerste stoomval waardoor een pomp overbodig wordt en operationele alsook installatiekosien dalen.

In een voorkeurdragende uilvoeringsvorm omvat de heropwarmingsieiding tevens een stoomkoeler. Dergelijke uitvosringsvorm heelt als voordeel dat de temperatuur van herverhitte stoom verlaagd kan worden om corrosie-risico’s te vermijden in het geval van cen sterk variabele temperatuur van herverhiite sloom.

Voorbeelden waarvoor de werkwijze volgens het tweede aspect van de uitvinding geschikt is, naast het verwerken van afval voor een energieopwekkingsproces, zijn: een koolstoffixatieproces, een chemisch proces, een papierverwerkingsproces; waarbij de werkwijze sloom en/of warmte levert aan hierboven genoemde processen.

Een vakman geschoold in het technische veld zal appreciëren dat een werkwijze volgens het eerste aspect bij voorkeur uitgevoerd wordt met een inrichting volgens het twsede aspect en dat een Inrichting volgens het tweeds aspect bij voorkeur geconfigureerd is voor Uitvoering van een werkwijze volgens het eerste aspect. Elk kenmerk, beschreven in dit document, hierboven zowel als hieronder, kan bijgevolg betrekking hebben op elk van de twee aspecten van de huidige uitvinding.

Voordelen verbonden aan de werkwijze en afvalverbrandingsinstallatie volgens de huidige uitvinding omvatten onder andere: meer flexibiliteit in net design omdat de

18 BE2022/5569 temperatuur voor het heropwarmen niet gekoppeld is aan de druk van de stoom; er is een lager oververhittingsoppervlak nodig, wat leidt tot lagere kost; er kan een maximaal rendement bereikt worden zonder een verminderde beschikbaarheid en zonder een verhoogd corrossierisico; er kan een maximaal rendement bereikt worden zonder excessief hogere onderhouds- en beheerkosten (de oververhitter wordt niet aanzien als een onderdeel dai gebonden of ontworpen is om bij herhaald gebruik te versiiiten of defeci te raken); er kan een maximaal rendement bereikt worden met voorspelbare onderhouds- en beheerkosien,

In wal volgt, wordt de uilvinding beschreven a.d.h.v. niet-limiterende figuren die de uitvinding illustreren, en die niet bedoeld zijn of geïnterpreteerd mogen worden om de omvang van de uitvinding te limileren.

FIGUREN

Fig. 1 Hlustreert een schematische voorstelling van een afvaiverbrandingsinstallatie 5.

Afval wordt verbrand in een verbrandingskamer 6 waarbij heet rookgas vrijkomt. De verbrandingskamer 6 omvat vier verticale trekken. Het heet rookgas wordt toegevoerd aan een eerste trek 1. In de eerste trek 1 stijgt nel rookgas verticaal omhoog. Aan het begin van de eerste irek 1 bedraagt de temperatuur van het rookgas ongeveer 1200 °C. Vervolgens wordt het rookgas afgebogen naar een iweede trek 2, waar de rookgassen naar beneden toe worden geleid en worden afgebogen naar een derde trek 3. In de tweede irek 2 bedraagt de temperatuur van het rookgas ongeveer 850 °C en in de derde trek 650 °C. Ten slotte wordt het rookgas afgebogen naar een vierde trek 4. De temperatuur aan het einde van de vierde trek 4 bedraagt ongeveer 140 °C. De snelheid van de rookgassen doorheen de vier trekken is in het bereik van 3-6 m/s.

Hierdoor wordt een gelijkmatige temperatuurafbouw verkregen.

In de derde trek 3 is ten minste één stoomoververhitter 8 en ten minste één stoomherverhitter 11 genlaatst. Een stoomoververhitter 8 en sen stoomherverhitter 11 omvatten ten minste twee rijen verdamperpijpen waardoorheen stoom stroomt. De sioomoververhititer 8 en stoomherverhitter 11 nemen warmte op vanuit het heelt rookgas dat doorheen de derde trek 3 stijgt, waardoor de stoom in de verdamperpijpen verhit wordt en verhoogt in temperatuur.

Het rookgas dat de derde trek 3 verlaat wordt doorgevoerd naar ten minste één voorverwarmer 7, welke zich in de vierde trek bevindt. Een voorverwarmer 7 omvat ten minste iwee rijen verdamperpijpen waardoorheen toevoerwater stroomt. De

13 BE2022/5569 voorverwarmer 7 neemt warmte op vanuit het heet rookgas dat doorheen de vierde trek 4 stroomt, waardoor het toevoerwater in de verdamperpijpen verhit wordt en verhoogt in temperatuur. Het toevoerwater is afkomstig van een eerste stoomvat 9.

Het rookgas dal de vierde trek 4 verlaat wordt voor een deel gefilterd middels sen filter 19, waarna het gefillerde rookgas wordt afgekoeld en langs een schoorsteen 18 de afvalverbrandingsinslallatie 5 verlaat, Het resterende deel van het rookgas dat niet wordt gefilterd wordt middels een ventilator 15 opnieuw toegevoerd aan de eerste trek 1. De bodemassen verlaten de verbrandingskamer 6 via een opening 17.

Fig. 2-3 iiiusireren een processchema voor het opwekken van stoom in combinatie met een energieopwekkingsproces. Fig. 2 illustreert een processchema waarbij een pomp 21 iussen een tweede 10 en een eersie sioomvat 9 is geplaalst. Fig. 3 illustreert een processchema waarbij geen pomp 21 tussen een lweede 10 en een eerste stoomvat 9 is geplaatst. Alle overige delen van beide processchema's zijn overeenkomstig.

Stoom wordt vanuit een eerste sioomvat 9 aan ten minste één stoomoververhilter 8 toegevoerd bij een druk in het bereik van 100-150 bar en een temperatuur van ten minste 300 °C. Door het onttrekken van warmte uit het heet rookgas wordt de stoom verhit toi een temperatuur 400-450 °C. Deze sloom wordt aan een eerste turbinetrap 13 van een turbine tosgevoerd, waar deze zal uittreden aan de eerste turbinetrap 13 met een druk in het bereik van 20-50 bar en een temperatuur van ongeveer 180 °C. De sloom verlaai de eerste lurbinelrap via een heropwarmingsieiding 12.

Vervolgens vindt een herverhittiing van deze sloom plaats. Enerzijds in een eerste slap met behulp van stoom uit een tweede stoomvat 10, welke sloom initieel afkomstig is uit het eerste stoomvat 9. Anderzijds in een tweede slap met behulp van ten minste één stoomherverhitter 11 welke zich in de derde trek 3 bevindt. Op deze wijze wordi de stoom afkomstig van de eerste turbinetrap 13 herverhit middels zowel warmte uit stoom als warmte uit het heet rookgas.

De stoom aïkomstig van de cerste turbinatrap 13 wordt zo herverhit tot een iemperaluur van ten minste 300 °C. Deze herverhitte stoom wordt vervolgens aangeleverd aan een tweede turbinetrap 14 aan een temperatuur van tenminste 300 °C en een druk in het bereik van 20-50 bar.

In Fig. 2 is een pomp 21 voorzien welke condensaat 22 vanuit het tweede stoomvat 10 verpompt naar het eerste stoomvat 9. In Fig. 3 is het tweede stoomval 10 zodanig

14 BE2022/5569 geplaatst ten opzichte van het eerste stoomvat 9 dat het condensaat 22 vanuit het tweede sloomvat 10 middels de zwaartekracht naar het eerste stoomvat 9 zal stromen.

Hierdoor is een pomp 21 overbodig.

Fig. 4 iilusireert sen schematische voorstelling van een afvalverbrandingsinsiallatie 5.

Afval wordt verbrand in een verbrandingskamer 6 waarbij heet rookgas vrijkomt. De verbrandingskamer 6 omvat drie verticale trekken (1,2,3). Het heet rookgas beweeg! zich doorheen de verticale trekken zoals beschreven in figuur 1. Ten slotte wordt het rookgas afgebogen naar een vierde trek 4, die horizontaal gepositioneerd is.

In de vierde trek 4 is ten minste één stoomoververhitier 8 en ten minste één stoomherverhitter 11 geplaatst. Een stoomoververhitter 8 en een stoomherverhitter 11 omvatten ten minsie twee rijen verdamperpijpen waardoorheen sioom siroomt. De sloomoververhilter 8 en stoomherverhitter 11 nemen warmte op vanuit het neel rookgas dat doorheen de vierde trek 4 beweegt, waardoor de sloom in de verdamperpiipen verhit wordt en verhoogt in temperatuur,

Het rookgas dat de vierde trek 4 verlaat wordt doorgevoerd naar ten minste één voorverwarmer 7, welke zich in de vijfde trek bevindt, waarbij de vijfde trek 24 verticaal gepositioneerd is. Een voorverwarmer 7 omval ten minste twee rijen verdamperpipen waardoorheen ioevoerwaler siroomt. De voorverwarmer 7 neemt warmte op vanuit het heel rookgas dat doorheen de vijfde trek 24 stroomt, waardoor het toevoerwater in de verdamperpijpen verhit wordt en verhoogt in temperatuur. Het toevoerwatier is afkomstig van een eerste stoomval 9.

Het rookgas dat de vijfde trek 24 verlaat wordt voor een deel gefilterd middels een filter 19, waarna het gefilterde rookgas wordt afgekoeld en langs een schoorsteen 18 de afvalverbrandingsinstallatie 5 verlaat. Het is eveneens mogelijk een zesde, levens verticale, trek met voorverwarmers te installeren tussenin de vijfde trek 24 en de filter 19. Het resterende deel van het rookgas dat niet wordt gefilterd wordt middels een ventilator 15 opnieuw toegevoerd aan de eerste trek 1. De bodemassen verlaten de verbrandingskamer 6 via een opening 17.

Hieronder volgt een overzicht van de betekenis van de cijfers gebruikt in de figuren: 1 serste trek 2 tweede trek 3 derde trek

15 BE2022/5569 4 vierde trek afvalverbrandingsinstallatie 6 verbrandingskamer 7 voorverwarmer 5 8 stoomoververhitter 3 eerste stoomval tweede stoomvat 11 sioomherverhitter 12 heropwarmingsieiding 10 13 eerste turbinetrap 14 tweede turbinetrap ventilator 16 tussenruimte 17 opening 15 18 schoorsteen 19 filter condensator 21 pomp 2e condensaal 20 23 stoom 24 vijfde irek

Het is verondersteld dat de huidige uitvinding niet beperkt is tot de uitvoeringsvormen die hierboven beschreven zijn en dat enkele aanpassingen of veranderingen aan de beschreven figuren kunnen iosgevoegd worden zonder de toegevoegde conclusies te herwaarderen.

Claims

16 BE2022/5569 CONCLUSIES

1. Werkwijze voor het opwekken van stoom in combinatie mel een energieopwekkingsproces, omvallende volgende stappen: - het geleiden van bij de verbranding van afval ontstaan heet rookgas langsheen ten minste één voorverwarmer en len minste één sioomoververhiiter, waarbij doorheen een voorverwarmer toevoerwaler wordt gevoerd en doorheen sen sioomoververhitler stoom; - het verhitten van stoom in een stoomoververhitter toi oververhille stoom met een temperatuur van ten minste 400 °C en onder sen druk van ten minste 100 bar: - het toevocren van de oververhitte sioom aan een turbine: met het kenmerk, dat de stoom na het verlaten van een trap van de turbine wordt herverhit en aan ten minste één volgende trap van de turbine wordt toegevoegd, waarbij deze sioom wordt herverhit middels warmte uit stoom afkomstig van een stoomvat, waarbij deze stoom in een heropwarmingsleiding doorheen het stoomvat loop! voor het opnemen van warmte uit sioom aanwezig in het stoomvat, en waarbij deze stoom tevens wordt herverhit middels warmte uit heet rookgas alvorens toevoeging aan een volgende trap van de turbine.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stoom wordt verhit tot een temperatuur in het bereik van 400-450 °C.

3. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stoom na het verlaten van een trap van de turbine wordt herverhit tot een temperatuur van ten minste 300 °C.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de druk van de oververhitte sioom aangeleverd aan een eerste trap van de turbine in het bereik van 100-180 bar ligt.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de druk van de herverhitte stoom aangeleverd aan een volgends trap van de turbine in het bereik van 20-70 bar ligt.

17 BE2022/5569

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de snelheid van het rookgas tijdens het uitwisselen van warmte met een voorverwarmer en/of stoomoververhitter 3-6 m/s bedraagt.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat sen sioomoververhitier ten minste iwes rijen verdamperpijpen omval, waarbij elke rij een veslheid aan verdamperpijpen omvat, bij voorkeur 50-100 verdamperpijpen per rij.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste één stoomoververhitier in tegenstroom ten opzichte van de stromingsrichting van het rookgas wordt gepositioneerd en ten minste één andere stoomoververhitter in gelijkstroom ten opzichte van de stromingsrichting van het rookgas wordt gepositioneerd.

9, Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat sen voorverwarmer in tegenstroom ten opzichte van de stromingsrichting van het rookgas wordt gepositioneerd.

10. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 1-9, met het kenmerk, dat een voorverwarmer in gelijkstroom ten opzichte van de stromingsrichting van het rookgas wordt gepositioneerd.

11.Een aïvalverbrandingsinstallatie voor het opwekken van stoom, omvallende: sen verbrandingskamer waarin afval wordt verbrand, waarbij tijdens het verbranden heel rookgas vrijkomt, waarbij de verbrandingskamer een aantal trekken omvat: ten minste één voorverwarmer om iosvoerwaler te verwarmen middels warmte uit het hete rookgas; ten minste één verdamper om stoom te produceren uit het verwarmde toevoerwaler middels warmte uit het hete rookgas; een eerste stoomvat dat is geconfigureerd om het verwarmde toevoerwater van ten minste één voorverwarmer te ontvangen en ie fungeren als voorraad aan verwarmd toevoerwater, waarbij het ten minste één stoomval verder is geconfigureerd om de stoom van ten minste één verdamper te ontvangen en ie fungeren als voorraad aan stoom;

18 BE2022/5569 ten minste één stoomoververhitter om de stoom van ten minste één stoomval te ontvangen en de stoom verder te verhitten tot oververhitte stoom middels warmte van het hete rookgas; ten minste één turbine om oververhitie stoom van len minste één stoomoververhitter te ontvangen en de stoom om te zetten elektriciteit; met het kenmerk, dat de afvalverbrandingsinstallatie tevens ten minste één stoomherverhitier en een heropwarmingsieiding alsook sen iweede sioomval omvat voor het herverhitien stoom afkomstig van een cerste trap van de turbine, waarbij sen sioomherverhitier gelegen Is in een trek van de verbrandingskamer voor het opnemen van warmte uit het heet rookgas en waarbij ten minste een deei van de heropwarmingsleiding doorheen het tweede stoomvat loopt voor het opnemen van warmte uit stoom aanwezig in het tweede stoomval.

12.Een afvalverbrandingsinstallatie volgens voorgaande conclusie 11, met het kenmerk, dat de verbrandingskamer vier trekken omvat.

13. Een afvalverbrandingsinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies 11 tot 12, met kenmerk, dat de stoomherverhiiter een buizenwarmtewisselaar omvalt.

14. Een afvalverbrandingsinstallalie volgens één van de voorgaande conclusies 11 tot 13, met kenmerk, dat hei tweede stoomval rechtstreeks, zonder gebruik te maken van een pomp, verbonden is met het eerste sioomval.

15. Een afvalverbrandingsinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies 11 tot 14, met kenmerk, dat de heropwarmingsieiding levens een stoomkoeler omvalt.