DK156495B - Fremgangsmaade til efterforbraending af roeggasser og lignende samt apparat til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

DK 156495 B

Opfindelsen angâr en fremgangsmâde til fuldstændig forbræn-ding af afgasser fra visse forbrændingsreaktioner. Opfindelsen angâr ogsâ et efterbrændingskammer til ud0velse af fremgangsmâden. I det f01gende skal der beskrives to for-5 skellige udf0relsesformer for et sâdant efterbrændingskammer.

I det moderne samfund udf0res en mængde forbrændingsproces-ser, hvori bâde egentlige brændstoffer og forureninger del-tager og forbrændes i st0rre eller mindre udstrækning. Ved 10 reaktionsmotorer til militære flyvemaskiner har man gennem længere tid anvendt efterbrændingskamre. Dette er ganske vist ikke blevet gjortmed det formai, af hensyn til mil-j0et at gennemf0re en fuldstændig forbrænding af den an-vendte petroleum, men snarere for at opnâ en h0jere ydelse.

15 Der kendes ogsâ afgasrensere for automobilmotorer, men disse er egentligt ikke efterforbrændingsindretninger, men snarere organer til recirkulering af afgasser.

Nâr det drejer sig om ovne til forbrænding af affald, de-struktionsovne og procesovne inden for industrien samt var-20 mekedler, drives forbrændingen til et stadium, der repræ-senterer et kompromis mellem pâ den ene side, hvad der gi-ver et 0konomisk udbytte af processen og pâ den anden side, hvad milj0myndighederne kræver. Det er almindeligt at for-mindske forureningsgraden i afgasserne ved hjælp af afgas-25 filtre eller afgasvaskere, men her stâr det sp0rgsmâl til-bage, hvorledes man skal blive af med det, der er blevet op-fanget i filtrene eller i vaskevæskerne. En traditionel mâ-de at formindske forureningsgraden i det nærmest omkring-liggende milj0 er at anvende h0je skorstene til at sende 30 forureningerne op i h0jere lag i atmosfæren, hvor de for-tyndes. Virkningen af at gâ frem pâ en sâdan mâde bliver efterhânden mere og mere âbenbar i de skandinaviske skov-omrâder, hvor det regner med svovlsyrling, der stammer fra h0je skorstene i forbrændingsanlæg pâ det europæiske fast- îe; land. Tankp>aanCTfsn ved drift af deafmk-f-i onsovne ησ affalds— 2

DK 156495B

forbrændingsanlæg har for det meste været baseret pà at formindske koncentrationen af ildelugtende stoffer i af-gasserne. I den udstrækning h0je skorstene ikke har været tilstrækkelige, har man derfor udf0rt forbrændingsprocesser-5 ne om natten, nâr fâ mennesker opholder sig udend0rs. Ved krematorieovne har denne arbejdsmâde været brugt længe, men her af etiske ârsager.

Fra Aü-offentligg0relsesskrift nr. 55.364/69 kendes et apparat, hvori der behandles husholdningsaffald og andet affald i fast 10 form. Affaldet anbringes i en soin fyrrist fungerende, roterende skrâtstillet tragt, som flammen er rettet ind i. Oven over tragten er der anbragt et r0rformet sekundærluftindl0b, hvori brændbare gasser fra affaldet efterbrændes. Sekundærluften begrænser det temperaturinterval, i hvilket efterbrændingen 15 kan udf0res.

GB-patentskrift nr. 1.465.310 omhandler udformningen af en ovn til destruktion af skadelige gasser, som i sig selv ikke kan underst0tte en forbrænding. Ovnen omfatter et ildr0r, der er indsnævret ved udl0bsenden, samt organer til at tvinge gasser-20 ne til at omgive brændeflammen med henblik pâ at undgâ, at gasserne blandes med flammen f0r de forlader ildr0ret. Ved denne driftsmâde er det ikke muligt at opnâ en meget h0j for-brændingstemperatur for de gasser, der skal destrueres.

US-patentskrift nr. 3.930.802 omhandler en gas-forbrændings-25 ovn, der som indstr0mningsledeorgan har et omvendt bægerfor-met organ, der er hvælvet over en lodret b0sning eller r0r-studs, hvorigennem der indf0res overskudsluft. Sekundærluft-indl0bene indmunder gennem en ildfast væg, og luftens tempe-ratur er begrænset af det ildfaste materiales varmeakkumule-30 ringsevne.

DK 156495 B

3

Det vil af det ovenstâende freingâ, at der findes talrige forbrændingsanlæg, hvor det er 0nskeligt at formindske ind-holdet af forureninger i de udgâende afgasser. Alene ved forbrænding af husholdningsaffald kan der i afgasserne 5 spores ca. 50 stoffer, der stammer fra forskellige plast-materialer. Ved hjælp af fremgangsmâden if0lge opfindelsen kan de allerfleste af disse stoffer forbrændes til vanddamp og carbondioxid.

Det er opfindelsens formai at anvise en fremgangsmâde og 10 et apparat til ved efterforbrænding at omdanne uforbrændte bestanddele i afgasser fra forbrændingsanlæg til uskadeli-ge stoffer.

Til belysning af opfindelsen kan det være hensigtsmæssigt at gennemgâ den mâde, hvorpâ afgasser fra husholdnings-15 affald efterforbrændes.

Ved konstruktion og dimensionering af et efterbrændings-kammer til denne anvendelse er det n0dvendigt at hâve kend-skab til, hvilke spaltningsprodukter, der dannes, og i hvilke mængder pr. tidsenhed disse normalt vil forbrændes. En be-20 regning, der er baseret pâ,at 1 kg polyethylenplast spal-tes i en forbrændingsovn og for st0rstepartens vedkommende omdannes til 1-hexen, 1-penten,· propan og propen, udf0res ved hjælp af nedenstâende formel. If0lge denne bestemmes den termiske nedbrydningshastighed for polyethylenpolymere 25 i vakuum, og der fâs en grov tilnærmelse til polyethylen-plastens nedbrydning under de forhold, der hersker i for-brændingsovnen.

- E

K = A-e RT, hvor K = hastighedskonstanten (S 30 A = Arrheniusfaktor (S

DK 156495B

4 E = aktiveringsenergi (kJ*mol R = gaskonstant (8,314 J-°K*mol T = temperatur (°K)

Ved hjælp af en sâdan beregning og fors0g har det vist sig, 5 at polyethylenplasten nedbrydes i vakuum med ca. 1% pr. minut ved 415°C. Der kræves sâledes ca. 1 1/2 time til at nedbryde 1 kg polyethylenplast ved en temperatur pâ 415°C. Under virkelige forhold skulle processen i for-brændingsovnen forârsage en nedbrydning af 10-15 g poly-10 ethylen pr. minut, hvad der svarer til en gasmængde pâ 6-9 liter pr. minut. For at denne gas skulle kunne efter-forbrændes, og for at der skal kunne opretholdes en temperatur pâ mellem 1500 og 2000°C i efterbrændingskammerets flamme, samtidigt med at der opretholdes et lukket flamme-15 rumfang, fra hvilket den gasmængde, der er afgivet fra af-faldsportionen, ikke kan trænge ud uden fuldstændig for-brænding, kræves f0lgende gasmængde til efterbrændingskammerets brænder:

Flydende petroleumsgas i form af sâkaldt flaskegas ("Gasol") 0,2-0,3 m3/h (NTP) 20 Luit 5-8 m3/h (NTP)

Hvorledes brænderen er udformet for at sikre opnâelsen af det nævnte lukkede flammerumfang, hvori der opnâs en fuldstændig omsætning mellem afgasser og brændgasser, er be-skrevet i det f0lgende.

25 Efterbrændingskammerets mâlestok kan ikke forst0rres ud over en vis grænse, hvorfor det ved behov af meget stor kapacitet er n0dvendigt at parallelforbinde to eller flere efterbræn-dingskamre.

DK 156495 B

5

Efterbrændingskammerets brænder kan styres af i og for sig kendte, ion-analyserende f01eorganer, der er anbragt i ef-terbrændingskaitimerets udl0b, og som styrer valget af en eventuel tilsætning til brændgassen, nâr temperaturen skal 5 forh0jes for at opnâ en fuldstændig forbrænding, f.eks. ved tilsætning af flaskegas til luft eller hydrogengas til luft. Normalt forudindstilles temperaturomrâdet i efterbrændings-kammeret ud fra empiriske kundskaber om sammensætningen af de afgasser, der kommer fra forbrændingsanlægget og deraf af-10 hængig tilsætning eller overskud af f.eks. oxygengas i de brændgasser, der tilf0res gennem brænderen.

Til opnâelse af opfindelsens formai er fremgangsmâden hen-holdsvis apparatet if0lge opfindelsen ejendommelige ved de i patentkravene angivne træk.

15 Opfindelsen skal i det f0lgende forklares nærmere under hen-visning til de pâ tegningen viste udf0relseseksempler pâ et apparat if0lge opfindelsen, idet fig. 1 er et længdesnit gennem efterbrændingskammeret if 01-20 ge et f0rste udf0relseseksempel, og fig. 2 er et aksialsnit gennem et andet udf0relseseksempel for efterbrændingskammeret.

Et efterbrændingskammer 1, der kan være udstyret med k0le-ribber 2 eller være omgivet af en ikke vist k0lekappe, in-25 deholder en flammeskâl 3 af h0jildfast materiale. Flamme-skâlen 3 er> udformet med en tilnærmelsesvis halvkugleflade-formet endevæg 4, der fortsætter i et cylindrisk sv0b 5.

Gennem det til flammeskâlen 3 h0rende cylindriske sv0b 5 er der i en vis afstand fra endevæggen 4 udformet et antal 30 huiler 6, der udg0r forbindelse mellem det indre af flammeskâlen 3 og den omkringliggende del af efterbrændingskammeret 1. Omkring den kant 7 pâ det cylindriske sv0b 5, der vender bort fra endevæggen 4, er flammeskâlen 3 tætnet ud-adtil imod væggen i efterbrændingskammeret 1 ved hjælp af

DK 156495 B

6 et eller flere tætningsorganer 8 af keramisk eller lignende pakningsmateriale. Indersiden af disse tætningsorganer lig-ger an imod et flammer0r 9, der er tilsluttet dysen 11 i en brænder 10.

5 Foruden flammer0ret 9 og dysen 11 bestâr brænderen 10 af et indre brænderr0r 12 og ydre brænderr0r 13. Det ydre bræn-derr0r 13 er omgivet af et varmeisoleringsmateriale 14 af den forn0dne varmebestandighed og er fikseret af en yder-kappe 15.

10 Mellem det ydre og indre brænderr0r 13 henholdsvis 12 for-I0ber et opvarmningsorgan 16, fortrinsvis i form af mindst êt elektrisk modstandselement. Aksialt gennem det indre brænderr0r 12 strækker der sig en brænderlanse 17 til til-f0rsel af brændgas, f.eks. luft eller oxygen, begge eventuelt 15 opblandet med flaskegas ("gasol"), til dysen 11. Pâ det sted, hvor brænderlansen 17 træder ind i dysen 11, ender den i et mundstykke 18, der fortrinsvis har tangentialt rettede udl0b for brændgassen.

Den til brænderen 10 h0rende yderkappe 15 er ved hjælp af 20 forbindelsesskruer 19 fastgjort til det til efterbrændings-kammeret 1 h0rende hus. Pâ tilsvarende mâde er en bagvæg 21 fastgjort til yderkappen 15 ved hjælp af forbindelsesskruer 20.

I bagvæggen 21 findes gennemf0ringer 22 for opvarmningsor-25 ganet 16. Inden for bagvæggen 21 og mellem det ydre og det indre brænderr0r 13 henholdsvis 12 samt omkring indgangs-delene i opvarmningsorganet 16 findes en varmebestandig tætningspakning 23. Ligeledes er en tætning 23' anbragt mellem brænderlansen 17 og det indre brænderr0r .12 imod 30 bagvæggen 21.

Under driften f0res til efterbrændingskammeret 1 de af-gasser, der skal "efterbrændes" eller oxideres, f0rst og fremmest til vanddamp og carbondioxid, gennem et indl0bs-

DK 156495 B

7 r0r 24, der stâr i forbindelse med et mellemrum 25 mellem det ydre og det indre brænderr0r 13 henholdsvis 12. Nâr afgasserne trænger ind i mellemrummet 25, kommer de i ber0-ring med opvarmningsorganerne 16, der hensigtsmæssigt er 5 udformet sâledes, at der dannes et siksakformet genneml0b.

Herved kan afgasserne opvarmes til temperaturer, der er væ-sentligt h0jere end 1000°C, dersom brænderen har en passen-de længde og opvarmningsorganerne bestâr af h0jtemperatur-bestandigt modstandsmateriale, sâsom f.eks. en varmespiral, 10 der er beklædt med siliciumoxinitrid.

De sâledes opvarmede afgasser forlader mellemrummet 25 gen-nem et eller flere huiler 26 i det indre brænderr0r 12.

Randene omkring disse huiler 26 er sâledes udformet, at de leder afgasserne hen imod brænderlansen 17, fortrinsvis pâ 15 en sâdan mâde, at afgasserne bringes til at rotere omkring det til brænderlansen 17 h0rende mundstykke 18. Denne rotation forstærkes ved, at brændgasserne str0mmer ud gennem de tangentialt rettede udl0b i mundstykket 18. Herved opnâs en meget god indbyrdes omsætning mellem gasserne, 20 De brændgasser, som tilf0res gennem brænderlansen 17, har en sammensætning, der er valgt under hensyntagen til sammen-sætningen af de afgasser, der efterbrændes. Sâledes kan luft i visse tilfælde komme pâ taie, og i andre tilfælde ren oxygengas. Dersom de stoffer, der indgâr i afgasserne, 25 kun kan forbrændes ved tilf0rsel af varme, kan der til brænd-gassen tilsættes f.eks. flaskegas i den forn0dne udstrækning.

Nâr afgasser og brændgasser under intensiv sammenblanding reagerer under temperaturstigning op til en flammetempera-tur pâ mellem 1500 og 2000°C, for0ges deres rumfang, hvad 30 der er ârsagen til, at dysen 11 er udformet konisk diverge-rende. Fra dysen 11 fortsætter gassen i form af en homogen flamme gennem flammer0ret 9, som hensigtsmæssigt bestâr af h0jildfast materiale. Flammer0ret 9 udmunder i flammeskâlen 3, og gasflammen rammer dennes endevæg 4, hvorved den omledes

DK 156495 B

8 gennem 180° og med for0get hastighed trænger ud i den i tværsnit ringformede spalte, som dannes melleia ydersiden af flammer0ret 9 og indersiden af det til flammeskâlen 3 h0rende cylindriske sv0b 5. I den ringformede spalte har 5 flammen brændt udf og de resterende gasser trænger gennem hullerne 6 ud i det egentlige efterbrændingskammer. Ved den rumfangsfor0gelse, som gasserne herved gennemgâr, faider temperaturen i betydelig grad, men der er endnu betyde-lige varmemængder tilbage, som kan afgives til omgivelser-10 ne ved hjælp af de viste k01eribber 2, eller til et medium i en ikke vist, omgivende k0lekappe. Det er ogsâ muligt at f0re varme tilbage til tidligere procestrin.

Til sidst f0res de udbrændte gasser ud gennem et udl0bsr0r 27. Udl0bsr0ret 27 kan være omgivet af varmegenvindings-15 eller k0leorganer 28/ som kun er skematisk antydet i fig.

1. Dersom det skulle vise sig at være hensigtsmæssigt af sikkerhedsgrunde, kan udl0bsr0ret 27 f0res til en "skrub-ber"/ et gasvaskeapparat eller en anden indretning til slutbehandling af de udbrændte gasser. Dette kan være 0nske-20 ügt/ dersom der foreligger risiko for tilstedeværelse af nitr0se gasser.

For at sikre en vis gasstr0mning gennem apparatet kan ud-I0bsr0ret 27 forbindes med en undertryksblæser. Ved hjælp af trinl0s regulering af blæserens omdrejningshastighed 25 kan der opnâs en gashastighed/ der er tilpasset efter for-skellige gasstr0mningshastigheder fra det forbrændings-anlæg, der er anbragt foran efterbrændingskammeret. Blæserens hastighed kan indstilles manuelt, eller den kan styres af dertil egnet, mere eller mindre raffineret regulerings-30 udstyr med f0leorganer, der er anbragt pâ passende steder i eller ved efterbrændingskammeret.

Den i fig. 2 viste udf0relsesform for apparatet if0lge opfindelsen er bestemt til efterbrænding af afgasser, der indeholder kondenserbare eller sublimerbare stoffer af en

DK 156495 B

9 art, soin kun i ringe grad er oxiderbare eller som kan brin-ges til at passere efterbrændingskammeret i plasmafase. Det er af denne grund en forudsætning, at der efter efterbrændingskammeret er.tilsluttet særlige indretninger til hând-5 tering af disse stoffer.

Efterbrændingskammeret 40 er opbygget pâ f0lgende mâde.

Kammeret er omgivet af en dobbelt kappe 41 med et i tvær-snit fortrinsvis cirkelringformet mellemrum, hvori der fra et indl0b 42 til et udl0b 43 passerer et cirkulerende 10 k01emedium. Lodret ned gennem kammerets loft er der ind-sat en brænder 44, der er indrettet til at danne et stort antal udad divergerende flammer til dannelse af en kurv-lignende konisk flamme, hvorfor brænderen i det f0lgende betegnes som flammekurvbrænder. En kanal 45, der forl0ber 15 centrait gennem brænderen 44, udg0r indl0b til efterbrændingskammeret 40 for de afgasser, der kommer fra det foran-liggende forbrændingsanlæg. Pâ en skrât affaset afsats i afstand fra mundingen af kanalen 45 er der anbragt en krans med huiler 46. Hullerne 46 er boret i en spids vinkel med 20 brænderens længdeakse, og gennem hullerne udstr0mmer en blanding af gas og luft, der brænder i et antal flammer, som tilsammen danner den nævnte koniske kurvlignende flamme. Flammekurvens konicitet bestemmes af den vinkel i for-hold til brænderens midterakse, hvori hullerne er boret.

25 Pâ den til efterbrændingskammeret 40 h0rende bund 47, som er dobbelt og indeholder et genneml0b for k0lemedium, stâr et b0sningformet bæreorgan 48, i hvis nederste kant der er udformet porte 49. Portene 49 stâr i forbindelse med hul-rummet inden i bæreorganet 48 og muligg0r frit genneml0b 30 til en gennem bunden 47 forl0bende studs 50, der udg0r ud-10b for de gasser, der er blevet behandlet i efterbrændingskammeret 40. Pâ indersiden af bæreorganet 48 er der anbragt indstillelige bæreklodser 51, hvorpâ der hviler en flamme-skâl 52 af h0jildfast materiale, f.eks. berylliumoxid. In-35 dersiden af flammeskâlen 52 er udformet tilnærmelsesvis halvkuglefladeformet, hensigtsmæssigt som en omdrejnings-

DK 156495 B

10 hyperboloide. Herved opnâs under driften, at flammerne i flammekurven for en væsentlig dels vedkommende afb0jes indad mod midten af efterbrændingskammeret 40, hvor de af-gasser, der str0mmer ind fra forbrændingsanlægget, hurtigt 5 blandes med brændgasserne fra brænderen 44. Dette medf0rer, at de fra forbrændingsanlægget kominende afgasser, der skal efterbrændes, opvarmes til en temperatur tæt pâ flammetem-peraturen i flammekurven, dvs. mellem 1500 og 2000°C. Den opnâede temperatur afhænger af, hvorvidt der til brænderen 10 soin brændgas tilf0res en blanding af flaskegas og luft el-ler af hydrogen og luft. I dette temperaturomrâde og pâ grund af den gasstr0mning, der frembringes i flammekurven, kan uforbrændt materiale, der findes i afgasserne, forbræn-des praktisk taget fuldstændigt.

15 Ved at flammeskâlen 52 kan indstilles i h0jden, er det mu-ligt at variere arealet af flammekurven fra brænderen 44.

Herved er det muligt at regulere forholdet mellem gashastig-heden i kanalen 45 og hastigheden ud gennem flammekurven. Afhængigt af hvilke forbrændingsrester, der findes i af-20 gasserne, kan det være af interesse at vælge et sâdant for*» hold mellem 1:5 og 1:20. Selvsagt skal rumfanget af den forbrændingsgas, der tilf0res brænderen 44, tilpasses efter indstillingen af flammeskâlen 52, men dette kan ske pâ kendt mâde.

Claims (11)

1. Fremgangsmâde til efterforbrænding af afgasser fra forbrændingsanlæg, og hvorved afgasserne indf0res i et efter-brændingskammer (1,40) gennem en kanal (25,45), k e n d e -5 tegnet ved, at afgasserne for-varmes i en brænder (10, 44), der rager ind i efterbrændingskammeret (1,40), hvor afgasserne i en skâlformet indsats (3,52) underkastes forceret sammenblanding med brændgasser, der er tilf0rt brænderen gen-nem.en anden kanal (17) og f0rt gennem brænderen, hvorpâ 10 afgasserne gennemgâr en fuldstændig forbrænding i en flamme, der holdes sammen af skâlen (3,52), hvorefter de udbrændte gasser gives lejlighed til at ekspandere i efterbrændingskammeret (1,40) pden for indsatsen, inden de f0res ud i det fri.

2. Fremgangsmâde if0lge krav 1, kendetegnet ved, at de med henblik pâ efterbrænding tilf0rte afgasser i brænderens (10,44) indl0bskanal (25,45) har en hastighed, der er fem til tyve gange st0rre end hastigheden af de udbrændte gasser, der stammer fra disse tilf0rte afgasser, 20 nâr de udbrændte gasser forlader flammen.

3. Fremgangsmâde if0lge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der som brændgas tilf0res oxygengas.

4. Fremgangsmâde if0lge krav 3, kendetegnet ved, at der til brændgassen tilsættes flydende petroleumgas, 25 f.eks. i form af sâkaldt flaskegas ("Gasol").

5. Fremgangsmâde if0lge krav 1, kendetegnet ved, at der til brændgassen tilsættes hydrogengas.

6. Apparat til ud0velse af fremgangsmâden if0lge krav 1 og med 30 a) et efterbrændingskammer (1,40), b) en brænder (10,44), c) kanaler (25,45) for de til efterbrænding tilf0rte gasser DK 156495 B og for de forn0dne brændgasser, samt d) et fra efterbrændingskammeret f0rende udl0b (27,50), kendetegnet ved, I. at kanalerne (25,45) forl0ber gennem brænderen (10,44) 5 og indeholder organer til opvarmning af afgasserne, og II. at der over for brænderen (10,44) er anbragt en aksi-alt indstillelig skâl (3,52), der er indrettet til at opfange og aflede flammen fra brænderen.

7. Apparat if0lge krav 6, kendetegnet ved, 10 at brænderen (10) indeholder en til tilf0rsel af brændgasser indrettet brænderlanse (17), der ender i et mundstykke (18), hvori der er udformet flere tangentialt rettede udl0b.

8. Apparat if0lge krav 7, kendetegnet ved, at der gennem till0bskanalens (25) inderr0r (12) er udfor- 15 met huiler (26), hvis kanter er indrettet til at lede af-gasstr0mmen tangentialt imod mundstykket (18).

9. Apparat if0lge krav 6, kendetegnet ved, at efterbrændingskammeret (1,40) omgives af organer (2,41) til fjernelse af overskudsvarme.

10. Apparat if0lge krav 6, kendetegnet ved, at kanalen (45) for afgasser omgives koncentrisk af en kanal for brændgas, der udmunder i et antal huiler (46), der er anbragt bag gaskanalens (45) munding.

11. Apparat if0lge krav 10, kendetegnet ved, 25 at hullerne (46) er boret i en spids vinkel med brænderens (10) længdeakse.