DK154453B - Fluid-bed ovn til affaldsforbraending - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår en fluid-bed ovn til for¬brænding af affaldsmateriale, navnlig under boblende fluid-bed betingel¬ser.

Affaldsmateriale fra husholdninger er - selv efter sortering -karakteriseret ved uensartet sammensætning og uensartet størrelse af deenkelte dele eller partikler. Blandt disse dele og partikler findes ogsåmaterialer, der er ubrændbare under sædvanlige forbrændingsbetingelser,der i temperatur kan variere fra fx. 750°C til 1200°C eller mere. Forsøgpå at forbrænde husholdsningsaffald under fluid-bed betingelser er hid¬til bl.a. strandet på, at sådanne ubrændbare materialer i form af eksem¬pelvis sten og metaller ikke kan holdes fluidiserede og som følge herafvil tilstoppe indføringsåbningerne for fluidiseringsluft, hvorved for¬brændingsprocessen før eller siden går i stå. Metaller, som under for¬brændingsbetingelserne smelter, udgør herved et særligt problem, idet deunder afkøling ved fx. stilstand vil størkne og herved tilstoppe indfø¬ringsåbningerne for fluidiseringsluft. Forbrænding af husholdningsaffaldi andre, traditionelle ovn- og kedeltyper anses allerede af miljømæssigegrunde for helt uforsvarlig, idet forbrændingen her vil ske under langtmindre kontrollable betingelser med resulterende dannelse af en røggas,der ikke lader sig rense tilstrækkeligt effektivt. Uanset, at affaldsma¬teriale fra husholdninger repræsenterer et gigantisk brændselspotentia¬le, har det således ikke hidtil været anset for praktisk muligt at ud¬nytte denne energikilde. Udover den manglende udnyttelse af brændselspo¬tentialet repræsenterer den alternative deponering naturligvis et sta¬digt voksende problem i moderne samfund p.g.a. pladsoptagelsen i natu¬ren, syns- og lugtgener samt risikoen for nedsivning og forurening afgrundvandet.

Et andet problematisk affaldsmateriale opstår i forbindelsemed skrotning af gamle biler og andre sandwich-konstruktioner indehold¬ende jern og metal. I et mekanisk fragmenteringsanlæg, der normalt kald¬es et "shredderanlæg", knuses bilerne, hvorefter der foretages en sorte¬ring af det således fremkomne materiale bestående af større eller mindredele eller partikler. Således frasorteres til den metaloparbejdende in¬dustri forskellige jern- og metal fraktioner, der ikke må indeholde ikke-metalliske forureninger. En anden fraktion fra sorteringen, kaldetshredderaffald, består hovedsagelig af plast, gummi, tekstilfibre, træ,glas, malingrester samt metaller og metaloxider. Denne primært ikke-me-talliske fraktion kan i dag ikke genanvendes og må deponeres på losse- pladser, hvorved den frembyder tilsvarende problemer som diskuteretovenfor i forbindelse med husholdningsaffald. Shredderaffald har typisket energiindhold på ca. 15000 kJ/kg, og idet der alene i Europa i dagproduceres mere end 1 million ton shredderaffald pr. år, vil det letkunne forstås, at det ville være et enormt fremskridt, såfremt shredder¬affald kunne bortskaffes på en miljømæssigt forsvarlig måde samtidigmed, at energiindholdet kunne udnyttes.

Fra beskrivelsen til US-patent nr. 4.576.102 og US-patent nr.4.553.487 kendes en fluid-bed ovn med en stationær, skråtstillet bundfor det fluidiserede leje, hvorved store, tunge og/eller irregulært for¬mede fremmedlegemer og andre ikke-brændbare bestanddele under tyngde¬kraftens indvirkning vil falde mod bundens laveste område, hvorfra demed mellemrum kan udtages. Fluidiseringsluften indføres fra et luft-ple¬num gennem den som en perforeret plade udformede skrå bund, og for athindre, at mindre, uforbrær 'te partikler, der fx. kan være fluidise-ringsmateriale, såsom sand, falder ned i luft-plenum, er der under bund¬ens perforationer udformet halvcylindriske opsamlingslommer. Det erforklaret, at fluidi seringsluften efter stilstand og fornyet opstart vilblæse indholdet i de pågældende lommer op gennem bundens perforationer,hvilket dog i praksis ikke forekommer sandsynligt, og det må forventes,at i hvert fald en del af det i lommerne opsamlede materiale vil havne iluft-plenum. Nedsmel tende metaller vil i alle tilfælde efter størkningunder stilstand kunne tilstoppe perforationerne og herved hindre genop¬start af ovnen. Mens den kendte fluid-bed ovn kan anvendes til forbrænd¬ing af brændsel, hvori der lejlighedsvis forekommer ikke-brændbare be¬standdele, herunder ikke-smeltende metaller, er den derfor ikke egnettil forbrænding af affaldsmateriale i almindelighed, herunder hushold¬ningsaffald og shredderaffald, hvor der som hovedregel forekommer mind¬re, ubrændbare partikler og nedsmel tende metaller, som kan tilstoppebundens perforationer. Den kendte fluid-bed ovn har også en uheldigkonstruktion for fluidisering med større mængder fluidiseringsmaterialesåsom sand, idet dette materiale ved driftstop vil blive opsamlet i denævnte lommer med risiko for at havne i luft-plenum.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer en fluid-bed ovn,der ligesom den kendte ovn omfatter en stationær, med et antal indfø¬ringsåbninger for fluidiseringsluft forsynet, skråtstillet bund for detfluidiserede leje samt et udtag i bundens laveste område for uforbrændtmateriale. Ovnen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at hver af ind¬ føringsåbningerne for fluidiseringsluft er forsynet med en overdækning,der langs den eller de kanter, som vender væk fra bundens laveste områ¬de, er tætsluttende mod bundens overside.

Herved er der tilvejebragt en effektiv sikring mod, at ufor-brændte materialer såsom sten, ikke-smeltede metal parti kl er, smeltedemetaller og fluidiseringsmateriale i form af eksempelvis sandpartikler,kan tilstoppe luftindføringsåbningerne eller via disse falde ned i etluft-plenum. De uforbrændte materialer vil nemlig under tyngdekraftensindvirkning falde lodret indtil de rammer den stationære, skråtstilledebund eller de omhandlede overdækninger, og herfra vil de trille ellerglide ned mod bundens laveste område. Partikler, der falder umiddelbartved en indføringsåbning, vil af fluidiseringsluftens vandrette kraftkom¬ponent automatisk blive ført væk fra åbningen. Det uforbrændte materialeopsamles med passende intervaller fra udtaget i bundens laveste område,eksempelvis på den i ovennævnte US-patentskrifter beskrevne måde.

Den omhandlede fluid-bed ovn kan i øvrigt være udformet somenhver anden kendt fluid-bed ovn med et luft-plenum for fluidiserings-luft, hjælpe-opvarmningssystem til opstart, indfyringskanal for for¬brændingsmateriale, røggaskanal og passende indretninger til udnyttelseaf den dannede varme. Da affaldsmaterialet kan indeholde større, tungeog/eller irregulært formede legemer, vil det være hensigtsmæssigt, attilførslen for materiale, der skal forbrændes, udformes med en fødeind-retning, såsom en fødesnegl, der er i stand til at håndtere sådanne ma¬terialer. Endvidere må ovnens såkaldte "freeboard", dvs. rummet over detfluidiserede leje, indrettes i størrelse under hensyntagen til affalds¬materialets særlige natur. Disse og andre forhold, som er velkendte forfagmanden eller som fremgår af den righoldige litteratur om fluid-bedovne skal ikke nærmere omtales her.

Afhængigt af affaldsmaterialets sammensætning sker forbrænd¬ingen hensigtsmæssigt ved en temperatur på 750 til 1200°C, hvilket sty¬res ved passende valg af forbrændingsparametrene, navnlig forbrændings¬luftens hastighed og tryk. For at begrænse mængden af smeltede metallermest muligt, foretrækkes en relativt lav forbrændingstemperatur på 900til 1000°C. For at danne et effektivt fluidiseret leje foretrækkes detendvidere, at ovnens fluid-bed også tilføres sand eller et lignendefluidiseringsmateriale. Idet forbrændingen fortrinsvis sker under bob¬lende fluid-bed betingelser for at sikre et effektivt, kontrollabelt re¬aktionsforløb, vil sådanne sandpartikler i et vist omfang blive medrevet af røggassen ligesom en vis mængde sandpartikler vil blive udtaget frabunden sammen med det uforbrændte affaldsmateriale, som forklaret oven¬for.

Ifølge opfindelsen er hver af indføringsåbningerne for fluidi-seringsluft fortrinsvis udformet i et rør, som på det sted, hvor detmunder ud i bunden, er forsynet med overdækningen. Denne overdækning erfortrinsvis udformet som en dækplade, der langs den eller de kanter, somvender væk fra bundens laveste område, er tætsluttende fastgjort til rø¬ret. Det foretrækkes endvidere, at hver dækplade har en i det væsentligeplan overside, som danner en vinkel på mellem 90 og 180° med lodret op¬ad, navnlig mellem 140 og 160° og fortrinsvis ca. 150°, hvorved det påeffektiv måde hindres, at fremmediegmer kan tilstoppe indføringsåbning¬erne samtidig med, at de let kan falde eller glide ned mod bundens la¬veste område.

Ligeledes er dæk[ adens underside fortrinsvis plan og parallelmed oversiden, således at tiUidi seringsluften afbøjes og ved udgangenfra indføringsåbningerne har en vandret kraftkomponent, der kan rettedet uforbrændte materiale i retning mod bundens laveste område.

For dannelse af en boblende bed med vandret overflade er detnødvendigt at sikre en ensartet fordeling af fluidi seringsluften overovnens tværsnit. Dette kan ifølge opfindelsen sikres ved, at hvert rør iden modsat overdækningen vendende ende er forsynet med en blænder forvariation af den fra et under bunden udformet luft-plenum tilførte luft¬mængde. Blænderåbningerne justeres herved for at udligne det med stigen¬de rørlængde voksende trykfald.

Indføringsåbningerne udformes i bunden i et passende mønster,som skal sikre, at der over hele tværsnittet tilføres en jævn strøm affluidi seringsluft uden dannelse af cirkulerende områder. Herved har detifølge opfindelsen vist sig hensigtsmæssigt, at indføringsåbningerne erudformet som et antal sætvis ordnede dyser, hvor hvert sæt af dyser lig¬ger langs periferien af en mod bundens laveste område krummende cirkel.

Den skråtstillede bund har som nævnt til formål at sikre, atdet uforbrændte materiale falder eller glider mod udtaget i bundens la¬veste område. Dette fremmes ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt ved, atbunden med indføringsåbninger danner en dobbelt konkav flade på en sådanmåde, at uforbrændt materiale under indvirkning af tyngdekraften ogfluidi seringsluften falder mod bundens laveste område. Fluidiseringsluf-ten medvirker herved med sin vandrette kraftkomponent umiddelbart efter, at den forlader indførinsåbningerne, hvorefter den lodrette kraftkompo¬nent vil fremme en ensartet fluidi sering.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret underhenvisning til tegningen, hvor figur 1 skematisk viser en fluid-bed ovn til forbrænding afaffaldsmateriale under boblende fluid-bed betingelser i overensstemmelsemed opfindelsen, figur 2 mere detaljeret viser et rør med indføringsåbning forfluidiseringsluft, delvis i snit langs linien 2-2 i figur 1, og figur 3 skematisk viser den skråtstillede bund for det fluidi-serede leje.

Den i figur 1 viste fluid-bed ovn 10 har forneden en lufttil¬førselskanal 11, der fører til et luft-plenum 12. Fra luft-plenum 12stiger luften op gennem et antal rør 13, der hver foroven er forsynetmed en dækplade 14. Med 15 er vist det fluidiserede lejes 20 bund, somdannes af et lag 16 af fx. ildfast støbemasse, som igen hviler på etisolerende lag 17 af fx. mineraluldsplader. Endelig hviler laget 17 påen plade 18 af eksempelvis stål med en tykkelse på fx. 10 mm. Rørene 13kan på ikke vist måde være fastboltet til pladen 18, mens de forovenfastholdes af støbemassen. Med 19 er vist et udtag for uforbrændt mate¬riale ved det laveste område af bunden 15. Affaldsmateriale, der skalforbrændes, indfyres ved hjælp af en fødesnegl 21, som indmunder i ovnen10 et stykke over det fluidiserede leje 20. Ovenover indmundingsstedetfor fødesneglen 21 indmunder en silo 22 for et fluidiseringsmateriale,fx. sand, hvis mængde reguleres ved hjælp af en ventil 23. Ovn 10 harforoven en røggaskanal 24 for den ved forbrændingen dannede røggas.

Når ovnen er i drift, indføres luft fra kanalen 11 via luft¬plenum 12 og op gennem rørene 13, ved hvis øverste ender den afbøjes afdækpladerne 14 og ledes videre i opad stigende retning. Denne fluidise¬ringsluft frembringer et fluidi seret leje af det fra fødesneglen 21 til¬førte affaldsmateriale og det fra siloen 22 tilførte fluidiseringsmate¬riale. Ved forbrændingen dannes af det brændbare materiale en røggas,som ledes ud gennem røggaskanalen 24 til rensning og varmeudnyttelsesamt endelig til skorsten. Ubrændbare materialer, som ikke kan holdessvævende af fluidi seringsluften, falder ned mod den skråtstillede bund15, hvorfra de kan glide el le trille ned mod udtaget 19, hvorfra de igenkan udtømmes med passende mellemrum. Dækpladerne 14 er tætsluttende modbundens overside undtagen i den retning, der vender mod bundens laveste område, og de uforbrændte dele eller partikler vil derfor også glide el¬ler trille hen over dækpladerne 14 uden mulighed for at falde ned gennemrørene 13. Denne effekt understøttes af, at fluidi seringsluften afbøjesaf dækpladerne 14 umiddelbart før indføringen i lejet 20. Heller ikke itilfælde af driftstop eller ved normal stilstand vil uforbrændt materia¬le fra lejet, såsom fluidi seringssand eller smeltet metal kunne tildækkeindføringsåbningerne for fluidi seringsluft. En eventuel materialeophob¬ning foran en indføringsåbning vil ved fornyet opstart straks bliveblæst væk af trykket fra fluidiseringsluften.

Figur 2 viser skematisk et delvist snit gennem et indførings¬rør for fluidi seringsluft langs linien 2-2 i figur 1. Røret 13, derfortrinsvis er cylinderformet, er forneden forsynet med udvendigt gevind25, hvormed det kan fastboltes til pladen 18. Dækpladen 14 er forovenfastgjort til røret, fx. ,red svejsning såsom vist ved 26. Dækpladen 14har endvidere nedbukkede : dekanter 27, der kan være nedstøbt i støbe¬massen 16. Kun ved den mec. 28 viste forkant er der gennemstrømningsmu¬lighed for luft. Med 29 er forneden i røret 13 antydet en blænder, somkan være en indskruet møtrik. Luft indføres som antydet ved pilen 30,stiger op gennem røret, afbøjes, når den rammer undersiden af dækpladen14 og ledes ud som antydet ved pile 31. Ved at ændre størrelsen afblænderen 29, reguleres den luftmængde, der stiger op gennem det enkelterør.

Endelig viser figur 3 skematisk den skråtstillede bund, idetde enkelte dele er vist med samme henvisningsbetegnelser som i de øvrigefigurer. Bunden 15 udfylder hele tværsnittet af ovnen 10 og dækpladerne14 er som antydet udformet som et antal sætvis ordnede dyser, hvor hvertsæt af dyser fx. kan ligge langs periferien af en mod bundens lavesteområde krummende cirkel. Bunden 15 med indførings-åbninger ved dækpla¬derne 14 kan her danne en dobbelt konkav flade på en sådan måde,at ufor¬brændt materiale under ind-virkning af tyngdekraften og fluidiserings¬luftens vandrette komponent falder mod bundens laveste område ved ud¬taget 19.

Selvom opfindelsen i det foregående fortrinsvis er beskrevet iforbindelse med rør forsynet med dækplader, er opfindelsen på ingen mådebegrænset hertil. Alternativt kan bunden være udformet som en perforeretplade, hvis underside støder direkte ned mod luft-plenum og hvis oversi¬de er forsynet med afdækninger over de enkelte perforationer, således atder dannes dyser, hvis udmunding peger mod bundens laveste sted. Det for opfindelsen essentielle er, at overdækninger for indføringsåbningernehindrer uforbrændt materiale i at passere ned gennem bundens overside,uanset, om ovnen er i drift eller under stilstand.

Claims (10)

1. Fluid-bed ovn til forbrænding af affaldsmateriale, navnligunder boblende fluid-bed betingelser, og omfattende en stationær, med etantal indføringsåbninger for fluidiseringsluft forsynet, skråtstilletbund (15) for det fluidi serede leje (20), samt et udtag (19) i bundenslaveste område for uforbrændt materiale, KENDETEGNET ved, at hver afindføringsåbningerne (13) for fluidi seringsluft er forsynet med en over¬dækning (14), der langs den eller de kanter, som vender væk fra bundenslaveste område, er tætsluttende mod bundens overside (15).

2. Fluid-bed ovn ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at hver afindføringsåbningerne er udformet i et rør (13), som på det sted, hvordet munder ud i bunden, er forsynet med nævnte overdækning (14).

3. Fluid-bed ovn ifølge krav 2, KENDETEGNET ved, at overdæk¬ningen er udformet som en dækplade (14), der langs den eller de kanter,som vender væk fra bundens laveste område, er tætsluttende fastgjort tilrøret.

4. Fluid-bed ovn ifølge krav 3, KENDETEGNET ved, at dækpladen(14) har en i det væsentlige plan overside, som danner en vinkel på mel¬lem 90 og 180° med lodret opad.

5. Fluid-bed ovn ifølge krav 4, KENDETEGNET ved, at dækpladens(14) overside danner en vinkel på mellem 140 og 160°, fortrinsvis ca.150° med lodret opad.

6. Fluid-bed ovn ifølge krav 3-5, KENDETEGNET ved, at dækpla¬dens (14) underside er i det væsentlige planparallel med dens overside.

7. Fluid-bed ovn ifølge krav 2-6, KENDETEGNET ved, at hvertrør (13) i den modsat overdækningen vendende ende er forsynet med enblænder (29) for variation af den fra et under bunden udformet luft-ple¬num (12) tilførte luftmængde.

8. Fluid-bed ovn ifølge krav 2-7, KENDETEGNET ved, at hvertrør (13) er lige og lodret.

9. Fluid-bed ovn ifølge krav 1-9, KENDETEGNET ved, at indfø¬ringsåbningerne (13) er udformet som et antal sætvis ordnede dyser, hvorhvert sæt af dyser ligger langs periferien af en mod bundens laveste om¬råde krummende cirkel.

10. Fluid-bed ovn ifølge krav 1-10, KENDETEGNET ved, at bunden(15) med indføringsåbninger (13) danner en dobbelt konkav flade på ensådan måde, at uforbrændt materiale under indvirkning af tyngdekraftenog fluidi seringsluften falder mod bundens laveste område.