DK167292B1 - Indretning til termisk nedbrydning af skadelige fluider - Google Patents

Description

i DK 167292 B1

Den foreliggende opfindelse angår en indretning til termisk nedbrydning af skadelige stoffer på fluid form, især dioxiner og furaner, og med et i det væsentlige cylindrisk brændkammer og i tilslutning dertil et efterbrændingskammer, hvor der i 5 brændkammeret er tilvejebragt mindst én indstrømningsåbning for en gas indeholdende det skadelige stof, især røggas, og en tilbageholdelsesindretning, der er udformet som et ringlegeme med en central gennemstrømningsåbning, hvis diameter er mindre end brændkammerdiameteren, og hvilken tilbagehold-10 eises indretning har gennembrydninger, der er placeret omkring den centrale gennemstrømningsåbning, og endvidere dyser, der tillader sekundærluft at strømme ind.

Fra DE-U 87 01 384 kendes et brændkammer, i hvilket affaldsgasser, gammel olie og lignende problematiske brændstoffer 15 kan forbrændes. For at sikre så fuldstændig en forbrænding som muligt er brændkammeret forsynet med et stemmeelement, som sinker gennemstrømningen af gasserne. Endvidere er brændkammeret forsynet med luft indtagsstudse, der fortrinsvis er orienteret i retning mod afgasningsåbningerne med en vinkel 20 på 45° i forhold til brændkammerets væg.

En sådan kendt indretning er ganske vist velegnet til bortskaffelse af mange selv relativt meget brændbare substanser.

Ved bortskaffelse af røggasser opnås imidlertid kun et utilfredsstillende resultat. Dette skyldes, at visse grupper af 25 skadelige organiske stoffer med høj toksicitet, som fx dioxiner og furaner, kun kan bortskaffes rentabelt, ved at forbindelserne ved høje temperaturer nedbrydes til mindre farlige stoffer. Sådanne høje temperaturer kan ikke opnås med den kendte indretning ved anvendelse af i sig selv dårligt brænd-30 bare eller ikke brændbare gasser. Det har endvidere vist sig, at de i retning af udstrømningsåbningen rettede dyser accelerer strømningen og forkorter opholdstiden i brændkammeret .

Fra DE-A 23 57 804 kendes endvidere forbrændingsindretninger, 35 som termisk nedbryder skadelige stoffer ved hjælp af bræn- DK 167292 B1 2 dere, som drives med fx naturgas eller lignende. For at sikre en tilstrækkelig opholdstid for de skadelige stoffer i en zone med høj temperatur, kræves der også i denne indretning brændkamre med stort volumen. Dette fører til omkostnings-5 krævende og dyre ovnkonstruktioner, ved hvilke en tilstrækkelig opblanding af gasserne i brændkammeret endvidere ikke er nem at sikre. Hvis der vælges mindre brændkamre, er de skadelige stoffers opholdstid i høj temperatur zonen for kort til at sikre en tilstrækkelig omsætning ved nedbrydningsreaktionerne 10 i anlægget.

Det er formålet med opfindelsen at undgå de nævnte ulemper og tilvejebringe en indretning til termisk nedbrydning af skadelige stoffer, ved hvilken der ved kompakte ydermål sikres den højst mulige opholdstid for de skadelige stoffer og dermed en 15 høj omsætning ved nedbrydningsreaktionen.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved, at der i brændkammeret er tilvejebragt en brænder, som er placeret oven over indstrømningsåbningen for den gas, der indeholder det skadelige stof, at tilbageholdelsesindretningens ringlegeme er placeret oven 20 over brænderen, og at dyserne, der tillader sekundær luft at strømme ind, er placeret i tilbageholdelsesindretningens ringlegeme og er rettede skråt nedad.

Den ubehandlede gas, som indeholder de skadelige stoffer, der skal nedbrydes, kommer via indstrømningsåbningerne ind i det 25 neder ste afsnit af brændkammeret og tjener som primær luft til drift af brænderne eller brænderen. Den første fase af forbrændingen udføres derved under støkiometriske eller let understøkiometriske forhold. De derved opstående høje temperaturer på fra 800 til 1400°C fremmer den termiske ned-30 brydning af komplicerede organiske molekyler, såsom dioxiner og furaner. For at forhindre en hurtig udsugning af røggasserne med en deraf følgende for kort opholdstid i brændkammeret for de skadelige stoffer, er der i brændkammeret placeret en tilbageholdelsesindretning, som indsprøjter sekun-35 dærluft i nedadgående retning i brændkammeret. Derved opnås DK 167292 B1 3 der primært, at forbrændingsgasserne holdes længere tid i brændkammeret. Desuden dannes der ved tilførselen af sekundærluft et betydeligt luftoverskud, så at der opnås en fuldstændig forbrænding af alle brændbare bestanddele og dermed 5 en ganske ringe kulbrinte- og CO-emission. Ved udførelse af forsøg har det vist sig hensigtsmæssigt, at tilvejebringe åbninger eller gennembrydninger ikke blot i området omkring brændkammerets akse, men også i området omkring brændkammer-væggen, gennem hvilke udblæsningsgas kan strømme ud i retning 10 mod skorstenen. Ved hvirvelbevægelsen bøjer de tungere bestanddele nemlig af således, at de holdes oppe i området ved brændkammervæggen, medens de lettere bestanddele koncentreres omkring brændkammeraksen. De omkring den centrale gennemstrømningsåbning og ligeledes ved brændkammervæggen placerede 15 gennembrydninger forhindrer således en uønsket selektiv udsugning af de lette komponenter. Det foretrækkes, at mellemstykkerne mellem den centrale gennemstrømningsåbning og gennembrydningerne udformes som ringe og koncentrisk med brændkammeraksen og er forbundet med den yderste del af 20 ringelementet via to eller flere holdestykker. De derved dannede gennembrydninger er udformet som ringsektorer.

Det foretrækkes, at brænderen eller brænderne til dannelse af en hvirvel er placeret skråt i forhold til brændkammervæggens foreliggende tangentielle plan. Når brænderen ikke er rettet 25 mod brændkammerets centrale akse, men i stedet er placeret skråt, bliver der i brændkammeret dannet en hvirvel.

Indstrømningsåbningen kan også skråne i forhold til brændkammervæggens foreliggende tangentiale plan til dannelse af en hvirvel. Ved en passende udformning af indstrømningsåb-30 ningen for den ubehandlede gas dannes ligeledes en kraftigt roterende hvirvelstrømning. Hvirvelen giver en god opblanding af den i brændkammeret værende gas, hvilket er nødvendigt for opnåelse af en optimal virkningsgrad for anlægget.

Dyserne til sekundærluften til forstærkning af hvirvelen i 35 brændkammeret skråner fortrinsvis både i retning indad og DK 167292 B1 4 tangentielt udad, og sekundær luf tdyserne er i det væsentlige rettet i hvirvelstrømningen i brændkammerets retning. På denne måde opnås ud over en optimal opholdstid for forbrændingsgasserne i brændkammeret en god sammenhvirvl ing af 5 gasserne.

I en yderlige modifikation kan dyserne til sekundærluft være rettet skråt nedad og danne en vinkel på ca. 15° med vandret. Ved hjælp af de skråt nedadrettede sekundærluftdyser forhindres et hurtigt aftræk af forbrændingsgasserne til skor-10 stenen. De udadrettede sekundærluftdyser, som er placeret i det væsentlige tangentielt på mellemstykkets midtercirkel, forsinker udstrømningen gennem gennembrydningerne. De skråt indadrettede sekundærluftdyser forsinker gassernes gennemløb gennem den centrale gennemstrømningsåbning. Alle sekundær-15 luftdyser har i forhold til brændkammerets akse samme orientering med eller mod urets retning som brænderne. På denne måde bliver gassernes hvirvelbevægelse i brændkammeret forstærket tilstrækkeligt, hvilket forbedrer opblandingen og hæver forbrændingens kvalitet.

20 Mellemstykkerne mellem den centrale åbning og gennembrydningerne kan også have et i det væsentlige trapezformet tværsnit, og med sideflader der konvergerer i nedadgående retning. Ved denne udførelsesform opnås gunstige indbygningsbetingelser for sekundær luf tdyserne, da dysernes gennemgangs-25 vinkel gennem mellemstykkets væg så ikke bliver alt for flad.

Der er fortrinsvis i mellemstykkernes indre mellem den centrale gennemstrømningsåbning og gennembrydningerne placeret kanaler for sekundærluft, hvilke kanaler er forbundet med forsyningskanaler i mellemstykkerne mellem de enkelte gennem-30 brydninger. Derved bliver det muligt at fordele dyserne til sekundærluften over hele mellemstykkets periferi.

Desuden kan der være placeret mindst én tertiærluftdyse i efterbrændingskammerets øverste del. Det er i mange tilfælde ønskværdigt at afkøle røggassen yderligere, før den kommer ud DK 167292 B1 5 i skorstenen, eller at forhøje luftoverskuddet yderligere for at opnå en bedre kvalitet af udblæsningsgassen. I efter-brændingskammeret kan der især ved hjælp af tertiærluftdyserne ske en yderligere påvirkning af røggasparametrene.

5 Ifølge et særligt træk ved opfindelsen kan den sekundære luft indeholde et yderligere skadeligt stof, som kan være flydende eller i form af faste partikler. Anvendelsesområdet for indretningen ifølge opfindelsen kan ved tilvejebringelsen af en yderligere mulighed for indføring af skadelige stoffer 10 udvides væsentligt. Især til indføring af medier, i hvilke der er skadelige stoffer i høj koncentration, som det eksempelvis er tilfældet ved røggas, er denne udførelsesform fordelagtig. Der kan i brændkammeret med sekundær luf ten indblæses aske, der omdannes til glas ved gennemgang af 15 brændkammeret, og som kan tages ud for neden i brændkammeret som inert materiale. Den således behandlede, til glas omdannede aske kan deponeres uden problemer, da den ikke indeholder nogen vandopløselige substanser. Derved kan både røggasserne og asken fra forbrændingsanlæg uskadeliggøres.

20 Det er fordelagtigt, at der via tilbageholdelsesindretningen opnås en indsnævring af strømningstværsnittet på fra 20 til 50%, fortrinsvis fra 30 til 35%. Dette medfører, at mellemstykkerne og holdestykket afdækker en procentdel, som ligger i de ovennævnte områder, når man ser tilbageholdelsesind-25 retningen fra oven. Det tilbageværende strømningstværsnit fordeler sig på den centrale strømningsåbning og gennembryd-ningerne i siden. Ved udformningen og konstruktion af tilbageholdelsesindretningen skal der på den ene side tages hensyn til opnåelse af en længst mulig opholdstid for de skadelige 30 stoffer i brændkammeret. Dette medfører blandt andet, at tilbageholdelsesindretningen skal have en størst mulig strømningshindrende virkning i brændkammeret. På den anden side er der kravet til et ringe tryktab i brændkammeret for at man kan nøjes med enten naturligt træk eller i det mindste et 35 småt dimensioneret ventilationsanlæg. Det har ved forsøg vist sig, at en godt kompromis mellem disse krav opnås, når brænd- DK 167292 B1 6 kammerets tværsnit formindskes ved hjælp af tilbageholdelsesindretningen med fra 20 til 50%, og en værdi på omkring en tredjedel er særlig fordelagtig.

Endvidere kan indretningen også være opbygget af ringformede 5 segmenter, som er udformet som moduler, og den yderste del af tilbageholdelsesindretningen kan være udformet som et ovnsegment.

Opbygningen af en sådan indretning kan på den måde gøres meget simplere.Især kan der ved anvendelse af præfabrikerede 10 moduler opnås en væsentlig forkortelse af opbygningstiden på byggepladsen. Af tætningsmæssige hensyn er de enkelte elementer forsynet med feder-not-forbindelser. En yderligere fordel ved en sådan konstruktion består i, at der kan opnås mange forskellige brændkammerstørrelser med det samme modulsæt, 15 hvorved der sædvanligvis kan fremstilles en til anvendelsesbetingelserne ideel indretning.

Det er fordelagtigt, at de enkelte segmenter er udformet med flere lag, hvor der inderst er et lag af ildfaste sten og yderst er mindst et lag af isoleringssten. Ved hjælp af 20 f ler lagsopbygningen kan der i alle brændkammervæggens dele anvendes optimale materialer.

Det er desuden fordelagtigt, at segmenterne er omgivet af en stenuldsisolering og en stålkappe. En stålkappe kan optage de fra varmeudvidelsen af stenene resulterende spændinger, så at 25 den trykspænding, som disse sten er udsat for, giver en primær tætning af brændkammeret. Stålkappen giver en yderligere tætning, så at det ikke er nødvendigt at drive indretningen med undertryk. Der kan således undgås en dyr sugeventilator.

30 Indretningen er fortrinsvis opbygget af ringformede segmenter, hvor segmenterne er udformet som moduler, og den øverste del at tilbageholdelsesindretningen er udformet som ovnsegment. Derved er tilbageholdelsesindretningen udskiftelig med DK 167292 B1 7 andre ovnsegmenter, og det er ligeledes muligt senere at ændre bestående indretninger af modulkonstruktion ved, at en tilbageholdelsesindretning udskiftes med et ovnsegment eller simpelthen indsættes mellem to segmenter.

5 Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 skematisk viser et snit gennem en indretning ifølge opfindelsen, fig. 2 et snit langs linien II-II i fig. 1, 10 fig. 3 en detalje af tilbageholdelsesindretningens mellemstykke, og fig. 4 en anden detalje af tilbageholdesesindretningens mellemstykke.

Indretningen består af et i det væsentlige cylindrisk brænd-15 kammer 1, som er omgivet af ovnsegmenter 2 af ildfaste sten.

De enkelte ovnsegmenter 2 er i det væsentlige ringformede. De består af et lag af ildfaste sten 17 og to lag af isoleringssten 18 og 19. Udvendigt kan segmenterne desuden på kendt vis være omgivet af en ikke vist stenuldsisolering og en stålkap-20 pe. Forbindelsesflader 21, ved hvilke de enkelte ovnsegmenter 2 støder op mod hinanden, er forsynet med én eller flere ringformede, rundtgående fremspring 22 til sikring af tætheden. Forbindelsesfladerne 21 er ved alle en ovns ovnsegmenter 2 og såvidt muligt også ved forskellige ovne med samme 25 diameter ens udformet således, at de enkelte ovnsegmenter 2 er udskiftelige og kan kombineres frit.

Den gas, som indeholder skadelige stoffer, kommer ind i brændkammeret 1 gennem en indstrømningsåbning 3. Det kan eksempelvis være en røggas fra et forbrændingsanlæg, såsom et 30 affaldsforbrændingsanlæg. Da disse anlæg normalt arbejder med et luftoverskud, indeholder røggassen ilt. Hvis dette ikke skulle være tilfældet, kan røggassen blandes med atmosfæreluft.

DK 167292 B1 8

Indstrømningsåbningen 3's akse 3a skal ikke være rettet mod brændkammerets akse la. Ved en skrå placering dannes ved hjælp af den indstrømmende gas en hvirvel i brændkammeret 1.

Forbrændingen foregår ved hjælp af de skematisk viste bræn-5 dere 4, der kan være udformet på konventionel vis, og hvis akser 4a er rettet lidt opad. Brænderne 4 er placeret oven over indstrømningsåbningen 3 for at sikre, at al den gas, som er strømmet ind i brændkammeret 1 gennem indstrømningsåbningen 3, passerer brænderen 4's flammefront 4b. Der er 10 tilvejebragt tre brændere 4, som er fordelt jævnt over brændkammerets omkreds, og hvis akser 4a ikke er rettet mod brænd-kammeraksen la. Hvirvelstrømningen, som dannes i brændkammeret af den indstrømmende gas, forstærkes yderligere ved hjælp af denne skrå placering af brænderne 4.

15 En tilbageholdelsesindretning 20 er placeret oven over brænderne 4 og adskiller brændkammeret 1 fra et efterbrændings-kammer 15. Tilbageholdelsesindretningen 20 er i det væsentlige udformet som et ringlegeme, som er placeret i et ovnseg-. ment 5. Den inderste del af tilbageholdelsesindretningen 20 20 består af mellemstykker 6, der tilsammen danner et ringlegeme, og som lader en central gennemstrømningsåbning 7 i midten af brændkammeret 1 fri og sammen med brændkammervæggen 8 danner en begrænsning for gennembrydningerne 9. I mellemstykkerne 6 er der placeret indadrettede sekundærluftdyser 10a og 25 udadrettede sekundærluftdyser 10b. Disse sekundærluftdyser 10a og 10b er placeret skråt i en vinkel α på 15° i forhold til vandret og er således rettet skråt nedad. Desuden er de hverken orienteret i retning hen mod eller væk fra brænd-kammeraksen, men rettet skråt svarende til hvirvelstrømningen 30 i brændkammeret. Der forhindres derved en for hurtig udsugning af gasser fra brændkammeret 1, da der ved hjælp af den fra dyserne 10a og 10b strømmende sekundærluft fremkaldes en nedadrettet lufthvirvel såvel i den centrale gennemstrømningsåbning 7's område som i gennembrydningerne 9's område.

DK 167292 Bl 9

Dyserne 10a og 10b til sekundærluften bliver forsynet fra kanaler 11 i mellemstykkerne 6. Disse kanaler 11 bliver igen forsynet fra forsyningskanaler 12 i holdestykker 13, som er placeret mellem de enkelte gennembrydninger 9.

5 Mellemstykkerne 6 har et trapezformet tværsnit, og sidefladerne 14a og 14b konvergerer i nedadgående retning. Oven over tilbageholdelsesindretningen 20 er der placeret et efter-brændingskammer 15, i hvilket en yderligere, fuldstændig forbrænding kan finde sted. Til øgning af luftoverskuddet og 10 til køling af udblæsningsgasserne er der tilvejebragt tertiær luftdyser 16. Disse er rettet lidt nedad for også i efter-brændingskammeret 15 at sikre en længst mulig opholdstid for gasserne. Desuden befinder der sig i efterbrændingskammeret 15 et mandehul 23. Indretningen er forbundet med en ikke vist 15 skorsten via et bøjet aftræksrør 24. Der kan tilvejebringes en sugeventilator, men dette er dog normalt ikke nødvendigt.

En gas, der indeholder skadelige stoffer, eksempelvis røggas fra et foran placeret forbrændingsanlæg, strømmer gennem indstrømningsåbningen 3 ind i brændkammeret 1. I dette brænd-20 kammer 1 strømmer gas i en spiral opad og går tværs igennem brænderne 4's flammefront.

Via den sekundær luft, der strømmer ned fra tilbageholdelsesindretningen 20, bliver gassens opadgående bevægelse bremset. Efter en tilstrækkelig opholdstid i brændkammeret 1 strømmer 25 gassen gennem den centrale gennemstrømningsåbning 7 og gennem gennembrydningerne 9. I efterbrændingskammeret 15 kan en fuldstændiggørelse af den kemiske nedbrydningsreaktion finde sted. Gasserne forlader efterbrændingskammeret 15 gennem et bøjet aftræksrør 24.

30 En sådan indretning giver ved alle normale driftsparametre, dvs også ved dellast, en nærmest fuldstændig nedbrydning af de indførte skadelige stoffer. Dette opnås med en indretning, der kan fremstilles relativt enkelt og billigt.

Claims (15)

1. Indretning til termisk nedbrydning af skadelige stoffer på fluid form, især dioxiner og furaner, hvilken indretning omfatter 5 et i det væsentlige cylindrisk brændkammer (1) og i tilslutning dertil et efterbrændingskammer (15), hvor der i brændkammeret er tilvejebragt mindst én indstrømningsåbning (3) for en gas indeholdende det skadelige stof, især røggas, og 10 en tilbageholdelsesindretning (20), der er udformet som et ringlegeme med en central gennemstrømningsåbning (7), hvis diameter er mindre end brændkammerdiameteren, og hvilken tilbageholdelsesindretning (20) har gennembrydninger (9), der er placeret omkring den centrale gennemstrømningsåbning (7), 15 og endvidere dyser (10a og 10b), der tillader sekundær luft at strømme ind, kendetegnet ved, at der i brændkammeret (1) er tilvejebragt en brænder (4), som er placeret oven over indstrømningsåbningen (3) for den gas, der indeholder det skade-20 lige stof, at tilbageholdelsesindretningens (20) ringlegeme er placeret oven over brænderen (4), og at dyserne (10a og 10b), der tillader sekundær luft at strømme ind, er placeret i tilbageholdelsesindretningens (20) ringlegeme og er rettede skråt nedad.

2. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at brænderen eller brænderne (4) til dannelse af en hvirvel er rettet skråt ind i brændkammeret (1).

3. Indretning ifølge krav 1 eller 2, 30 kendetegnet ved, at indstrømningsåbningen (3) til dannelse af en hvirvel er rettet skråt ind i brændkammeret (1). DK 167292 B1 11

4. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved, at dyserne (10a og 10b) til sekundærluft til forstærkning af hvirvelen i brændkammeret (1) er rettet skråt indad og skråt udad, idet sekundærluft- 5 dyserne (10a og 10b) i det væsentlige er rettet i samme retning som hvirvelstrømningen i brændkammeret (l).

5. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at sekundærluftdyserne (10a og 10b) hælder skråt nedad og danner en vinkel på ca. 15° med 10 vandret.

6. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at tilbageholdelsesindretningen (20) har mellemstykker (6), der i det væsentlige er udformet som ringsegmenter.

7. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at mellemstykkerne (6) mellem den centrale gennemstrømningsåbning (7) og gennembrydningerne (9) har et i det væsentlige trapezformet tværsnit, og sidefladerne (14a og 14b) konvergerer nedefter.

8. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-7, kendetegnet ved, at der i mellemstykkerne (6) mellem den centrale gennemstrømningsåbning (7) og gennembrydningerne (9) er placeret kanaler (11) for sekundærluften, hvilke kanaler er forbundet med forsyningskanaler (12) i 25 holdestykket (13) mellem de enkelte gennembrydninger (9) .

9. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt mindst én tertiærluftdyse (16) i efterbrændingskammerets (15) øverste del. DK 167292 B1 12

10. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-9, kendetegnet ved, at sekundærluften indeholder et andet skadeligt stof, som kan være flydende eller i form af faste partikler.

11. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-10, kendetegnet ved, at der via tilbageholdelsesindretningen (20) opnås en indsnævring af strømningstværsnittet på fra 20 til 50%.

12. Indretning ifølge krav 11, 10 kendetegnet ved, at der via tilbageholdelsesindretningen (20) opnås en indsnævring af strømningstværsnittet på fra 30 til 35%.

13. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indretningen er opbygget af 15 ringformede segmenter (2), som er udformet som moduler, og at den yderste del af tilbageholdelsesindretningen (20) er udformet som et ovnsegment (2).

14. Indretning ifølge krav 13, kendetegnet ved, at de enkelte segmenter (2) har 20 flere lag, idet der inderst er et lag af ildfaste sten (17) og yderst et lag af isoleringssten (18 og 19).

15. Indretning ifølge krav 14, kendetegnet ved, at segmenterne (2) er omgivet af en stenuldsisolering og en stålkappe.