DK168246B1

DK168246B1 - Fremgangsmåde til afbrænding af biologisk affald

Info

Publication number: DK168246B1
Application number: DK027291A
Authority: DK
Inventors: J Rgen Steen Christensen
Original assignee: Atlas Ind As
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1994-02-28
Also published as: DK27291A; JPH06505087A; DE69211536T2; CA2101318C; CA2101318A1; DE69211536D1; WO1992014969A1; AU1327692A; EP0571496B1; EP0571496A1; ATE139323T1; DK27291D0; US5370065A

Description

i DK 168246 B1

TEKNIKKENS STANDPUNKT

Opfindelsen angår en fremgangsmåde af den i krav 1' s indledning angivne art.

5

En sådan fremgangsmåde er f.eks. kendt fra USA patent nr. 4.398.477, hvor de to forbrændingskamre består af to cyklonovne anbragt oven på hinanden og forbundet via en åbning med en reduceret lysning, en såkaldt kværk. Brændstoffet, der er 10. risskaller, indblæses sammen med primærluften i den underste vertikale cyklonovn, og røggassen efterbrændes i den øverste cyklonovn under tilsætning af yderligere forbrændingsluft gennem tangentielle dyser. Herved fås en optimal udbrænding af brændstoffet, og restproduktet i form af aske kan udtages 15 i bunden af den underste cyklonovn ved hjælp af en kølet, roterende askeskraber.

For at få en optimal udbrænding af brændstoffet er temperaturen i den underste cyklonovn af størrelsesordenen 1200°C. Én 20 så høj temperatur er uheldig, idet der ved afbrænding af biologiske brændsler ved denne temperatur dannes forholdsvis store mængder kvælstofilter, såkaldte NOx’er, som er giftige.

Fra ansøgerens egen tidligere indleverede internationale an-25 søgning, publiceret under nr. W090/05272, kendes et slamtørringsanlæg, hvor f.eks. kloakslam tørres til under 10% vandindhold i en roterende tørrer, hvorefter det tørrede slam anvendes som brændsel i en ovn, der leverer den nødvendige termiske energi til den roterende tørrer. Det har imidlertid 30 vist sig næsten umuligt at afbrænde det tørrede slam i en sædvanlig cyklonovn, fordi tørret slam og lignende typer brændsel sintrer sammen til en slaggekage fyldt med porøse porer, der virker isolerende og samtidig højviskos, hvorved slaggetømning umuliggøres. Derfor anvender man i praksis 35 andre ovntyper, f.eks. fluid-bed-ovne, til afbrænding af vandholdige eller lavenergiholdige brændstoffer som f.eks.

DK 168246 B1 2 tørret, biologisk slam. Sådanne ovntyper er kun velegnet til større mængder brændsel, og kræver lang opstartstid, og disse ovntyper er derfor ikke velegnede, hvis de ikke kan anvendes i kontinuerlig drift. Endvidere kræver denne ovntype en om-5 fattende procesregulering med et specialuddannet personale.

Ved f.eks. bortskaffelse af affald fra mindre byer eller byområder må man derfor enten anvende andre metoder til bortskaffelse af det biologiske slam, eller man må transportere 10 dette til større fællesanlæg for afbrænding.

FORDELE VED OPFINDELSEN

Ved at gå frem som angivet i krav l's kendetegnende del opnår 15 man, at man kan anvende en cyklonovn til afbrænding af tør-• ret, risledygtigt biologisk affald af den art, der ellers ikke ville kunne afbrændes i en cyklonovn. Cyklonovnen har den store fordel, at den er relativt billig at fremstille, at den er kompakt og giver en intensiv forbrænding, og hvad der er 20 meget vigtigt: Cyklonovnen er hurtig og nem at starte op. En cyklonovn til afbrænding af biologisk affald behøver derfor ikke at køre kontinuerligt.

Ved at indrette og styre en ovn som angivet i krav l's kende- 25 tegnende del kan man afbrænde bio-brændsler med lav brændværdi, uden at brændslet sintrer sammen, så der opstår slaggedannelser og sintring i forbrændingszonen. Forbrændingszonen er sædvanligvis beliggende lidt under midten af ovnen, fordi brændslet først vil tænde, når det er nået et godt stykke ned 30 mod bunden og nået antændelsestemperaturen. Tilsætning af forbrændingsdæmpende gas netop til askeudskillelsesområdet, f.eks. iltfattig luft i form af våd røggas, vil dæmpe forbrændingen, så den foregår mindre intens, og sintringsdannelse undgås. Samtidig hermed fås en reduktion i dannelsen af 35 NOx, fordi luftoverskuddet mindskes, og CO-dannelsen kan holdes på et acceptabelt lavt niveau, såfremt temperaturen er DK 168246 B1 3 omkring 850°C.

Den ved den styrede og dæmpede forbrænding dannede røggas ef-terbrændes efter kværken i et sekundært forbrændingskammer, 5 der blot er et stort udmuret kammer, hvori efterforbrændingen sker. For at nå at få røggassen fra den dæmpede forbrænding udbrændt er det nødvendigt, at det sekundære forbrændingskammer har en tilstrækkelig størrelse for reduktion af C0-ind-holdet i røggassen og giver røggassen en tilstrækkelig op-10 holdstid i kammeret, nemlig af størrelsesordenen 0,5-2 sek.

Ved at gå frem som angivet i krav 2's kendetegnende del undgår man sintring og slaggedannelse ved kværken, selv ved anvendelse af tørret biologisk slam med ringe askeindhold. De-15 suden fås der en særlig god askeudskillelse, hvis kværken har lille diameter i forhold til diameteren af cyklon-forbrændingsovnen, f.eks. en diameter, der er under halvdelen af cyklonovnens diameter, og hvis lufthastigheden er omkring 60 - 100 m/sek.

20

Ved at gå frem som angivet i krav 3’s kendetegnende del kan man sikre, at der ingen steder i forbrændingsområdet i cyklonovnen sker en sintring af brændslet med slaggedannelse.

Ά1 aske/slagger falder til bunds i ovnens koniske område, 25 hvor det ved hjælp af den kølede, roterende askeskraber på sædvanlig måde fjernes fra ovnen, f.eks. ved hjælp af en askesluse.

Ved at gå frem som angivet i krav 4's kendetegnende del øger 30 man driftssikkerheden af ovnen, så en jævn og fuldstændig udbrænding af brændslet foregår. Brændslet males og sigtes, så det har den ønskede partikelfordeling. De mindste partikler antændes hurtigt og sikrer forbrændingen; de store partikler holdes af centrifugalkraften i primærkammerets periferi, ind-35 til forbrænding har fundet sted.

DK 168246 B1 4

Anvender man dårligt brændsel, d.v.s. brændsel med stort askeindhold eller stort vandindhold, må der etableres en støttefyring, som nærmere angivet i krav 5's kendetegnende del. Støttefyringsanlægget kan også anvendes i forbindelse 5 med opstart af forbrændingsovnen. Så snart der imidlertid anvendes brændsel med en brændværdi på omkring 1700 kcal/kg eller højere, er det muligt at opretholde en konstant udbrænding af brændslet uden støttefyring, hvis man går frem som angivet i krav 1-4.

10

Ved at gå frem som angivet i krav 6's kendetegnende del sikrer man en fuldstændig forbrænding af røggassen, så CO-ind-holdet forbrændes til CC^, så et passende lavt CO-indhold opnås uden NOx-dannelse af betydning.

15

Ved at gå frem som angivet i krav 7’ s kendetegnende del sikrer man sig, at der ingen steder i ovnen sker en sammensintring af brændslet under forbrændingen, og der dannes ingen steder i ovnen flydende slagger. Forbrændingen er overalt 20 i det primære forbrændingskammer en såkaldt tør (non-slag-ging) forbrænding, der som affaldsprodukt alene danner aske og røggas, og hvor asken har en sådan konsistens, at den uden problemer kan fjernes ved en almindelig kendt roterende askeskraber .

25

Forsøg har vist, at der i forbindelse med afbrænding af brændsel, der udelukkende består af biologisk affald i form af tørret kloakslam, opnås den bedste udbrænding af brændslet, hvis man går frem som angivet i krav 8's kendetegnende 30 del.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er fortrinsvis udviklet til anvendelse i forbindelse med affaldsforbrændingsanlæg og som nærmere angivet i krav 9, men kan selvfølgelig også anvendes 35 i forbindelse med afbrænding af andre former for biologisk brændsel. Den foretrukne anvendelse kan være i forbindelse DK 168246 B1 5 med et tørreanlæg for vandholdige masser, for eksempel biologisk slam, og som nærmere anført i ansøgerens internationale • ansøgning nr. PCT/DK89/00246 (W090/05272).

5 TEGNINGEN

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen forklares herefter nærmere under henvisning til tegningen, der er en principskitse visende en forbrændingsovn omfattende en vertikal cyklonovn, 10 der via en kværk er forbundet med et sekundært forbrændingskammer.

BESKRIVELSE AF UDFØRELSESEKSEMPLER

15 På tegningen ses en forbrændingsovn 1 for bio-brændsler, f.eks. tørret kloakslam, og omfattende et primært forbrændingskammer i form af en vertikal cyklonovn 2, en kværk 5 og et sekundært forbrændingskammer 3 for efterforbrænding af røggassen fra cyklonovnen.

20 I bunden af cyklonovnens koniske del 12 findes en roterende askeskraber 11, der på sædvanlig måde er luftkølet, og som skraber asken 14 ud gennem en ikke vist askesluse 10, eller en asketransportør med produktlås.

25 I toppen af det sekundære forbrændingskammer 3 udtages den varme røggas 4, der eksempelvis anvendes direkte i en roterende tørrer, som nærmere omtalt i international ansøgning nr. PCT/DK89/00246 (W090/05272), og som der henvises til i 30 enhver udstrækning i forbindelse med anvendelse af den varme tørregas 4.

Gennem tangentielle indblæsningsdyser indblæses den primære luft 6 sammen med brændslet. Brændslet er bio-brændsel, 35 f.eks. tørret kloakslam, som nærmere forklaret i ovennævnte internationale ansøgning. Det tørrede bio-brændsel i form af DK 168246 B1 6 kloakslam nedtørret til under 15%, fortrinsvis under 10% vandindhold, pulveriseres i en mølle og sigtes, f.eks. gennem et 5 mm sold. Hovedparten af brændslet, d.v.s. mindst 75%, har en partikelstørrelse på under 1 mm, og den maksimale par-5 tikelstørrelse er på grund af soldet 5 mm.

I samme niveau eller eventuelt lidt højere oppe i cyklonovnen end der, hvor primærluften blæses ind, indblæses sekundærluft 7 gennem en række tangentielle dyser, og i selve kværken 5 10 indblæses tertiærluft 8, ligeledes gennem et antal tangentielle dyser. En beskeden mængde forbrændingsluft indblæses herudover gennem den kølede askeskraber 11, idet køleluften gennem åbninger i askeskraberen 11 indføres i forbrændingskammeret .

15

Det indblæste brændsel 6 vil et stykke nede i cyklonovnen, fortrinsvis omkring midten eller umiddelbart herunder, antændes og forbrænde. For at styre og dæmpe forbrændingens intensitet, så brændslet ikke sintrer og der opstår slaggedannelse 20 i forbrændingszonen, indblæses der direkte i forbrændingszonen forbrændingsdæmpende luft 9 via tangentielle dyser i rotationsretningen for forbrændingen.

Den forbrændingsdæmpende luft er luft med reduceret iltind-25 hold og/eller med stort fugtighedsindhold, så luftens iltindhold er reduceret ca. 30-50% i forhold til almindelig atmosfærisk luft, og luften har en temperatur af størrelsesordenen 100-200°C, fortrinsvis 150°C. Luften er f.eks. recirkuleret tørreluft med en temperatur på ca. 150°C fra den roterende 30 tørrer i foran nævnte internationale ansøgning. Mængden af forbrændingsdæmpende luft 9 kan indstilles én gang for alle i afhængighed af ovnens kapacitet. Primærluft, sekundærluft og ψ tertiærluft indstilles også én gang for alle, ligeledes i afhængighed af ovnens kapacitet. Ovnens temperatur styres til 35 ca. 850°C. Såfremt temperaturen falder, øges mængden af det indblæste brændsel, og såfremt temperaturen stiger, reduceres DK 168246 B1 7 mængden af det indblæste brændsel. Hermed fås en meget enkel og driftsikker styringsform, som samtidig sikrer, at temperaturen ingen steder i primærkammeret overstiger 950 - 1000°C.

5 Ved en forbrændingsovn af den nævnte art, og styret som foran forklaret, opnås en cyklonforbrænding 13, hvor man under anvendelse af tyngdekraften og den særlige indblæsningsform for forbrændingsluft får forbrændingen til at foregå i en nedadgående skruebevægelse som vist på tegningen, og hvor røggas-10 sen, ligeledes som skitseret på tegningen, via kværken 5 overføres til efterforbrændingskammeret 3 til udbrænding. Ef-terforbrændingskammeret 3 er mindst af samme størrelsesorden som cyklonovnen, men har normalt et volumen, der sikrer mindst 0,5 sek. opholdstid for røggasserne.

15 I den efterfølgende tabel er vist en række forskellige størrelser forbrændingsovne styret ifølge opfindelsen og anvendt i forbindelse med recirkuleret røggas (tørreluft) og biobrændsel fra en roterende tørrer, som angivet i foran nævnte 20 internationale ansøgning.

I I I

I Vådt slam t/uge | 63 - 400 | I Aske t/uge | 6-36 |

30 I I I

I Ovn effekt MW | 0,5 -2,8 | I Primærluft % | 30 | I Sekundærluft % | 30 | I Tertiærluft % | 15 | 35 I Skraberluft % | 10 | λλ \ |Recirk. luft % y | 15 | DK 168246 B1 8 ic λ |Røggas % ’ | 100 | I_I-1

Forudsætninger: 60 g tørstof pr. personækvivalent pr. døgn; 5 det tørrede slam har 20% tørstof, hvoraf 40% er aske. Drifttiden pr. uge er 100 h.

*) ' Denne tørreluft, der f.eks. anvendes i en roterende tørrer, som anført i nævnte internationale ansøgning, 10 har en temperatur på ca. 850°C og et NOx-indhold på un der 100 ppm.

^ j|· \ 1 Luften har en temperatur på 100-150°C, et iltindhold på 10 -12 % og et fugtighedsindhold på 0,4 kg.vand pr. kg 15 tør luft.

Ved opstart af forbrændingsovnen indføres der gas, f.eks. N-gas, eller olie i sekundærluften 7 ved hjælp af ikke viste dyser. Disse dyser anvendes også ved støttefyring, hvis 20 brændslet har en brændværdi under 1700 kcal/kg.

Claims

1. Fremgangsmåde til afbrænding af brændsel omfattende risledygtigt biologisk affald i en forbrændingsovn, der omfatter 5 et primært forbrændingskammer i form af en vertikal cyklonovn (2), hvori brændslet (6) indblæses tangentielt i den øverste halvdel af ovnen sammen med primær forbrændingsluft, 10 hvori der tangentielt indblæses sekundær forbrændingsluft (7) i samme plan som indblæsning af primærluft eller højere i det primære forbrændingskammer, 15 hvor asken udtages fra ovnens bundområde (12) ved hjælp af en roterende, kølet askeskraber (11), og hvorfra røggassen via en åbning med reduceret lysning (5) i toppen af ovnen overføres til et sekundært forbrændingskam-20 mer (3), hvorfra der udtages varm tørregas, kendetegnet ved, at der yderligere indblæses forbrændingsdæmpende gas (9) tangentielt i cyklonovnens askeudskillelsesområde . 25

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der yderligere indblæses tertiær forbrændingsluft (8) tangentielt og direkte i den reducerede lysning (5), og at den sekundære forbrændingsluft indblæses umiddelbart under lys- 30 ningen, og at nævnte indblæsninger sker med relativ høj lufthastighed.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at mængden af indblæst forbrændingsdæmpende luft 35 udgør mindst 10% af den samlede indblæste luft i cyklonvneft, og er af størrelsesordenen halvdelen af den primære forbræn- DK 168246 B1 10 dingsluft.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at der anvendes et risledygtigt brændsel, som er pulveriseret 5 og sigtet, så mindst 75% af brændslet har en partikelstørrelse på under 1 mm, og således, at den maksimale partikelstørrelse er 5 mm.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, 10 at der anvendes støttefyring med olie- eller gasindblæsning i sekundærluften, hvis brændslets brændværdi er under 1700 kcal./kg.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, 15 at det sekundære forbrændingskammer mindst har så stort et rumfang, at røggassernes opholdstid heri mindst er 0,5 sek.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at indblæsning af forbrændings- 20 luft og forbrændingsdæmpende luft foretages således, at temperaturen i cyklonovnen ingen steder overstiger 950-1000°C.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at den indblæste forbrændingsdæmpende luftmængde er 25 størrelsesmæssigt ca. halvdelen af primærluften, og at sekundærluften størrelsesmæssigt er af samme størrelsesorden som primærluftmængden.

9. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8 30 til afbrænding af biologisk slam med et vandindhold under 25% kendetegnet ved, at det slam, der skal afbrændes, er fortørret i et tørreapparat, hvor afgangsgassen fra cy-clonovnen bruges som tørregas, og den fugtige tørreluft fra . tørreapparatet bruges som den forbrændingsdæmpende gas i 3 5 cyclonovnen.