DK160646B - Fremgangsmaade til at forbraende spildfluidum og apparat til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i

DK 160646 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til at forbrænde spildfluidum og af den i krav l's indledning angivne art samt et apparat til udøvelse af fremgangsmåden og af den i krav 2's indledning angivne art.

5 I den hermed sammenhørende US-ansøgning nr. 656.098 indleveret den 28. september 1984 beskrives en "1 uftforvarmer for en kompakt kedel", hvis forbrænd ings1 uftforvarmer er egnet til brug med den i denne ansøgning beskrevne spiIdf 1uidumsforbrændings- 10 ovn·

Forbrænding af flydende spildmaterialer, især uønskede hydro- carboner, er i dag velkendt inden for industrien. Forbrænding benyttes mere og mere for at komme af med yderst ubehageligt og/eller risikofyldt flydende affald, på grund af den krævede 15 overensstemmelse med nyligt udstedte US-love, der beskytter omgivelserne mod lagring og/eller dumpning af disse materialer. Miljøbeskyttelseslovene kræver endvidere en nøjagtig kontrol med de mængder af uønskede kemikalier og/eller hydrocar-boner, der udtømmes til atmosfæren, hvorfor der er et væsent- 20 ligt behov for spildfluidumsforbrændingsovne, der kan opnå ingen eller meget lave mængder af uønsket spildmateriale i forbrændingsgasudledningerne.

Typiske i dag benyttede fluidumforbrændingsovne er beskrevet i 25 US-patentskrifterne nr. 3.834.855, 3.861.330 og 4.372.226. Me dens disse enheder handler om spildfluidumsbortskaffelse ved forbrænding og/eller destruktion, tilvejebringer de ikke regulerbare midler til at sikre, at det destruerede spildfluidum er fuldstændigt elimineret fra skorstensudstødningerne.

30

Spildfluida omfatter typisk brændbare hydrocarboner og andre kemikalier. Et yderligere og vanskeligere destruktionsproblem fremkommer ved vandopløselige spildforbindelser, da kemikaliernes koncentration og vandbærerens karakteristika i det væ-35 sentlige ændrer enhver tilknyttet forbrændingsproces.

For med succes at destruere eller forbrænde vandopløselige spildprodukter har man nu opdaget, at etablering af et peri- j

DK 160646 B

2 fert nabostillet lagdelt forbrænd ingssystem, i hvilket et tæppe af flydende affald indsprøjtes nabostillet til forbrændende brændstof, tilvejebringer et middel til at regulere opholdstiden og temperaturen i destruktionsforbrændingskam-5 meret, hvorved man sikrer en fuldstændig nedbrydning af de uønskede indeholdte kemikalier for at tilgodese de af loven etablerede udledningsstandarder.

Det er følgelig den foreliggende opfindelses formål at anvise en fremgangsmåde og et apparat med regulerede forbrændingsprocesser, hvorved mængderne af utilladeligt hydrocarbon og nitrogenoxid (NOX) indeholdt i de luftformede udledninger til atmosfæren fra forbrændingsovnen reduceres til et minimum.

Dette formål tilgodeses ved, at den indledningsvist omtalte 15 fremgangsmåde er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte og at det indledningsvist omtalte apparat ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 2 anførte. Herved sikres i det væsentlige fuldstændig nedbrydning eller destruktion af de uønskede kompo- 20 nenter indbefattende de, der er opløst i flydende vand.

Ifølge den foreliggende opfindelse får man et apparat eller en spildfluidumsforbrændingsovn med en forbrændingskammerkonstruktion, hvor spildfluidum indsprøjtes mellem forbræn-25 dingskapperne af flydende og luftformige brændstoffer og et apparat eller en spildfluidumsforbrændingsovn med et lagdelt (tæppe-) forbrændingssystem, hvori opholdstiden og temperaturen af forbrændingsgasserne reguleres til at opnå forudbestemte udledninger.

30

Ved fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen får man et forbrændingssystem, der reducerer mængderne af uønskede fluida i forbrændingsovnens udledning for derved at tilgodese lovgivne udledningsstandarder og samtidigt genvinde væsentlige var-35 memængder fra udledningsgasserne.

Da mange af driftsenkelthederne og systemfunktionerne for spildfluidumsforbrændingsovnen/apparatet beskrevet heri minder

DK 160646 B

3 om dem, der er beskrevet i US-patentnr. 3.226.257 og 3.282.257, der beskriver et forbrændingskammer og et fluidumopvarmningsapparat, og US-patentskrift nr. 4.141.505 med titlen "Dyse for tung brændselsolie”, angår den efterfølgende 5 beskrivelse væsentlige enkeltheder ved de nye forbrændings-, brænder-, og varmegenvindingssystemer, der direkte angår den beskrevne opfindelse. Da en fagmand nemt vil finde yderligere detaljer angående hjælpesystemer beskrevet her, henvises der i denne forbindelse til US-patentskrifterne nr. 3.226.038, 10 3.282.257, 4.422.387 og 4.141.505.

Spildf1uidumsforbrændingsovnen/apparat beskrevet her omfatter et forbrændingssystem med en dobbelt brændstoftype, der etablerer ydre og indre forbrændingsmønstre. Derved lægges et tæppe af det indsprøjtede spildfluidum "sandwichagtigt", dvs. som et lag,mel lem en ydre kappe og en indre kerne af forbrændingsbrændstoffer eller der etableres et perifert nabostillet forbrændingssystem for det indsprøjtede spildfluidum.

Det indre brændstof er typisk forstøvet olie, og det ydre 20 brændstof er typisk naturgas. Fagfolk inden for forbrændingsområdet vil nemt forstå, at mange andre brændstofkombinationer ligeså godt kunne benyttes. Dette ville omfatte naturgas som et indre brændstof og lave BTU-gasser, såsom carbonmono- xid, som et ydre brændstof. Man har opdaget, at forbrændings-25 kammerkonstruktionen ved brug af de oven for nævnte lagdelte eller tæppeforbrændingssystemer tilvejebringer en væsentlig 1 forøget opholdstid for det centralt indsprøjtede spildfluidum, hvorved man forøger muligheden for, at spildfluidet bliver total destrueret eller forbrændt. Det lagdelte system til-30 vejebringer endvidere en forbedret regulering af de indre temperaturer i forbrændingsovnens forbrændingskammer. Indstilling af forbrændingsovnens parametre omfattende tilføringen af in- ! dre og ydre brændstof, forbrændingsgastemperaturer, mængder af forbrændt/destrueret spildfluidum og forbrændingsluft tilve-35 jebringer et nyt og hensigtsmæssigt middel til at regulere temperaturen for det forbrændende spiIdefluidum/materiale.

Måling af forbrændingsovnens procestemperatur og indholdet i udledningen regulerer typisk disse parametre kontinuert.

4

DK 160646 B

Skiftevis anvendelse af det lagdelte eller "tæppe"-systemet, hvor et spildfluidumslag omgiver eller er omgivet af forbrændingsbrændstof ,er også omfattet af den foreliggende opfindelse og er angivet som eksempel i den beskrevne konstruktion.

5 En typisk tæppeudførelsesform ville benytte den nye forstøver til dannelse af en indre kerne eller en ydre kappe af for-brændi ngsprodukter.

Et yderligere karakteristika ved den beskrevne spiIdfluidums-forbrændingsovn/kedel er varmegenvinding fra de brændstoffer, der benyttes til at forbrænde spildevandet.

Udførelsesformer for apparatet ifølge opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til tegningen, hvori 15 fig. i er et tværsnit af apparatet/forbrændingsovnen og viser især brænder- og forbrændingskammersamlinger, et forbrændingskammer, varmevekslerspiraler og en forbrændingsluf tforvarmer i skorstenen, 20 fig. 2 er et forstørret tværsnit gennem brændersamlingen vist i fig. 1 og viser især den lagdelte eller "tæppeagtige" olie/gasbrænder sammen med tilhørende indløb for primær og sekundær atmosfærisk luft, fig. 3 er en yderligere forstørret enkelthed af "tæppe"-bræn- 25 derens indsprøjtningsdysesamling for spildfluidum/flydende brændstof, fig. 4 viser set forfra og i delsnit en spildfluidumdyse, 30 fig. 5 viser et delsnit af oliebrændstof spildmaterialeind-sprøjtni ngsdysen, fig. 6 er et halvskematisk illustrerende billede af "tæppe" forbrændingssystemets flammemønster ifølge opfindelsen, og fig. 7 er et snit gennem apparatets forbrændingskammer og viser især recirkulationen af brændstof/spildmateriale.

35

DK 160646 B

5 I fig. 1 ses et apparat 2 eller en spiIdf 1uidumforbrændings-ovn med en ydre kappe 4 og en, en brænder bærende, ende 8.

Modsat til brænderenden er der et dæksel 6, der tilvejebringer et lukke for varmeveksl ersaml ingen. Isolerende materiale 10 5 udgør en del af og forer hele den ydre kappe. I den ydre kappes indre er der et cylindrisk forbrændingskammer 14, der ved den ene ende har en brændersamling 12 og ved den modsatte ende et brænderspjæld 18, et udløb for forbrændingsgasserne. Forbrændingsprocessens temperatur måles af et føleorgan 13, der 10 er placeret således, at det tilvejebringer oplysninger angående forbrændingsgassernes recirkulation og en angivelse af den forøgede opholdstid. Regulering af processen omfatter typisk kontinuerlig temperaturmåling og kan indbefatte kontinuerlig indstilling af tilførte mængder, såsom brændstof, for-15 brændingsluft og spi 1df1uidumstrømme. Brændersamlingen 12 forløber indad fra den ydre brænderende 8 for at træde ind i forbrænd i ngskammerets brænder indløb 16 i forbrændingskammerets indløbsende 15 for herved at tillade indføring af primær luft, sekundær luft og den dobbelte brændstof/fluidumindføring til 20 "tæppe"brænderen.

Nabostillet til forbrændingskammerets spjæld- eller -indsnævringsudløb 18 og i fluidumforbindelse med dette er varmevekslersamlingen 22. Varmevekslersamlingen er konstrueret sva-25 rende til den, der er beskrevet i det oven for nævnte US-pa- tentskrift nr. 3.226.038, hvortil der henvises, og tilveje- j bringer en radial vej for forbrændingsgasserne, der kommer ud ! fra spjældet eller indsnævringen 18. Forbrændingsgasserne passerer rækken af spiraler 24 for at nå den ringformede spi-3q raludledningsåbning 26, og i fluidumforbindelse hermed er forbrænd i ngs 1 uf tf orvarmeren og et halvcirkulært udledningsgasrum 27. Forbrændingsluftforvarmeren er en varmeveksler udformet til at overføre varme fra udledningsgasserne, der passerer gennem spiralsamlingerne 24 og strømmer til udledningsskorste-35 nen 5 via udledningsgasrummet 27. Forbrændingsluft fra en forbrændings! uf tblæser (ikke vist), der sætter det ringformede forbrændingskammers primære luftrum 20 for atmosfærisk luft under tryk, fører forbi forbrændingsluftforvarmeren 25 og til- 6

DK 160646 B

vejebringer derved forøget forbrændi ngsl uf ttemperatur ved en strøm omkring den ydre overflade af forbrændingskammeret 14 og indføring i forbrændingsprocessen via den første luftgennemstrømningsåbning 38 og brændersamlingen 12's andre luftstrøms-5 regulerende vinger 40.

Brændersamlingen 12 i den illustrerede foretrukne udførelsesform består endvidere af en brænderforbrændingsgasindløbsled-ning 28, der er i fluidumforbindelse med et antal forbræn-dingsgasdyser 30, der er placeret på en forlængelse af ledningen 28 og er placeret i det væsentlige koncentrisk og indeni brændersamlingens primære luftindløbskammer 37. Brændersamlingens indløbskappe benytter endvidere en ringformet ildfast part 36, der omgiver den part af brændersamlingen, der er pla-ceret lige inden for forbrændingskammeret 16's forbrændingsende.

Ligeledes placeret i indløbskammeret 37 for primær luft er der en flammefølerenhed 39 til at opdage tilstedeværelsen af en flamme i kedlen.

20

Forløbende indvendigt og koncentrisk i langsgående retning med den vandrette part af gasbrændstof 1 edn i ngen 28 er brænderens kombinerede brændstof/spi1df1uidumdysesamling 34. Som vist, benytter den sammensatte dyse forstøvet olie til at etablere 25 en indre flamme, men andre flydende eller luftformede brændstoffer kan ligeledes benyttes. Som vist i fig. 3 og 4 benytter vand/oliedysen 34 en dysesamling 42 med olieudløbsåbninger 56 indvendigt koncentrisk anbragt i forhold til spiIdevandsåbninger 45. Med hensyn til enkelthederne ved driften af oliedy-30 sen vil en fagmand finde en tilfredsstillende diskussion af dette systems drift i det oven for omtalte US-patentskrift nr. 4.141.505, hvortil der henvises.

Tilførsel af brændselsolie, spildevand eller fluidum, der 35 medfører kemisk eller andet materiale, der skal forbrændes eller destureres, og forstøvende atmosfærisk luft tilføres dysesamlingen 42 via ledningerne 54, 48 og henholdsvis 52 (fig.

3). Som beskrevet indsprøjtes et tæppe af spildmateriale langs

DK 160646 B

7 omkredsen i dysefordelerhovedet 47, idet indsprøjtningsvinklen i forhold til oliedysens akse er således, at indsprøjtet spildmateriale i det væsentlige ikke blander sig med forbrændingsolien.

S

Som angivet ovenfor i forbindelse med fig. 2 omgiver et antal af forbrændingsgasdyser 30 indsprøjtningssamlingen 42 for flydende brændstof/spildfluidum. Mellem dyserne 30 og koncentrisk med dysens mundingsplade 44 for spildfluidum og ydre dyse-jq spiIdf 1uidummundinger 45 er der en forbrændingsgasflammespre der eller -kegle 32. Yderligere omtale af denne kegles funktion findes i US-patentskrift nr. 3.226.038, hvortil der henvises .

Som vist i fig. 2 er der om dysen 30 for gasformet brændstof og 15 flammesprederen 32 et langs omkredsen anbragt sæt af sekundære luftstrømstyrevinger 40 for at tilvejebringe en forudbestemt "hvirvel" af den primære atmosfæriske forbrændingsluft, der træder ind i forbrændingskammeret fra det primære rum 20 for atmosfærisk luft.

20

Ved drift tilføres forbrændingsgas, flydende brændstof og spildfluidum samtidigt til brændersamlingen 12. Efter tænding etableres flammemønstre i forbrændingskammeret 14's indre, som vist i fig. 6 og 7. Man har opdaget at anvendelse af den oven 25 for beskrevne konstruktion og anvendelse af typiske strømhastigheder medfører, at der etableres det i fig. 6 viste forbrændingsmønster i et "tæppe-" flammemønster. Som vist etablerer flydende brændstof, der strømmer ud fra brændstofmundin-gerne 6, en flammezone 58 med høj temperatur. På tilsvarende 30 måde etablerer brændstofgas, der kommer ud fra gasdysen 30,en gasflammezone 60. Den mellemliggende indsprøjtning af flydende ! spild via udløbsmundingerne 45 ved en forudbestemt hastighed etablerer en spiIdvæskeflammezone 62, som vist i fig. 6 og 7.

Man har endvidere opdaget, at dette omfatter etablering af re-35 cirkuleringszoner nabostillet til de oven for omtalte strømmønstre for flydende brændstof og luftformet brændstof, hvor, samvirket tilvejebringer en forøget recirkulation nabostillet til forbrændingskammeret 14's perifere vægge. Som vist samvir-

Claims (6)

15 Reel T i 1 ladel i g NH3 0,4 ppm 1,0 ppm CN 0,00 ppm 0,00 ppm ΝΟχ 185 ppm 300 ppm 02 3-4 % 2-5 % 2Q Forbrændingskammer: Længde 259 cm, diameter 91,4 cm Forbrændingskammertemperatur: 840,5°C 799-899eC SpiIdf 1uidumstrøm: 499,62 liter/time (0,1% HC^ - 84% rumfangsprocent vand) 25 Det er således klart, at der i overensstemmelse med opfindelsen er tilvejebragt en forbrændingsovn for spildfluidum, der benytter et nyt dobbelt brændstof-,,tæppe"-forbrændingssystem, der fuldt ud tilfredsstiller de oven for angivne formål, opgaver og fordele. 30 Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til at forbrænde spildfluidum ved samvirket 35 mellem forbrændende hydrocarboner, kendetegnet ved, at der etableres en ydre kappe (60) af forbrændende hydrocar-bonbrændstof og en indre zone (58) af forbrændende brændstof ved en temperatur noget højere end i den ydre kappe, at en DK 160646 B forudbestemt mængde spildfluidum (62) indsprøjtes mellem den ydre kappe og den indre zone, at recirkulationszonerne (59, 61. etableres i et forudbestemt parti af den ydre kappe (60) og den indre zone (58) og spildfluidet (62), at det indsprøj-5 tede spildfluidum blandes og recirkuleres og hydrocarbonen af den ydre kappe og hydrocarbonen fra den indre zone forbrændes for derved at danne forbrændingsprodukter, og at forbrændingsproduktets opholdstid i den ydre kappe og den indre zone forøges. 10

2. Apparat til at destruere flydende spildprodukter ved samvirket mellem forbrændende hydrocarboner ved fremgangsmåden ifølge krav 1, kendetegnet ved et i det væsentlige cylindrisk forbrændingskammer (14) med en forudbestemt længde 15 og diameter, organer for tilføring af overskudsforbrændingsluft til kammeret, organer (30) til at tilføre en luftformet hydrocarbonbrændstof/luftblanding for at generere en ydre kappe (60) af forbrændingsgasser op ad kammerets cylindriske vægge, organer (34) for tilføring af forstøvet flydende brænd-20 stof til at generere en midterkerne af forbrændende hydrocarboner i det væsentlige koaksialt ved den ydre kappe, organer (44) til at indsprøjte forstøvede flydende spildprodukter (62) mellem kappen og midterkernen, organer (40) indvendig i kammeret (14) til at generere recirkuleringszoner for kerne- og 25 kappeforbrændingsprodukter, hvilke zoner endvidere passerer igennem de forstøvede flydende spildprodukter for at forøge de flydende spildprodukters opholdstid i kammeret (14), hvorved | de flydende spildprodukter opvarmes til en forudbestemt temperatur bestemt af kappen og kernen i et forudbestemt tidsinter- 30 val·

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at indsprøjtningsorganet (44) for flydende spildprodukter og organerne (34) for indføring af flydende brændstof omfatter en forstøverdyse,og at de flydende spildprodukter og det flydende 3 5 brændstof indføres ved en ende af forbrændingskammeret.

4. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det omfatters DK 160646 B et i det væsentlige cylindrisk sammensat brændstof- og spild-f1uidumforstøver- eller -indsprøjtningsorgan med en første og en anden ende, organer som tilfører brændstof, forstøvende luft og flydende spildprodukter i den første ende, mundings-5 organer i den anden ende, hvor det krydsende spiIdprodukt ind-sprøjtende og brændstofti Iførende organ omfatter et antal ydre gennemstrømningsåbninger (45) i en i det væsentlige cirkulær udformning, koaksialt om forstøvercylinderen og hver endende i en ydre munding ved den anden ende, et antal indre gennem-10 strømningsåbninger koncentrisk med forstøvercylinderen og hver endende i indre mundinger (6) ved den anden ende, organer i forstøveren i fluidumforbindelse med det flydende spildprodukt, den forstøvende luft og ydre gennemstrømningsåbninger, og organer i forstøveren i fluidumforbindelse med de nævnte 15 brændstof- og indre gennemstrømningsåbninger.

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det har fire ydre mundinger, der er anbragt med radialt mellemrum i et 135°, 57,5°, 90° og 67,5° mønster. 20

6. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det omfatter organer, der fluidumforbinder med den forstøvende luft og de indre gennemstrømningsåbninger. 25 30 35