DK169794B1 - Reaktor til reducering af forbrændingsgassers indhold af nitrogen og svovloxider - Google Patents

Description

DK 169794 B1

Den foreliggende opfindelse angår en reaktor til at reducere forbrændingsgassers indhold af nitrogenoxider, hvilken reaktor omfatter et ef terforbræna'ingskammer til indkobling sammen med eller efter et forbrændingskammer.

5

Forbrænd ingsapparatet- ifølge opfindelsen er af den art, og har de kendetegn, der fremgår af patentkravene.

Et stort problem ved forbrænding af flydende og fast brændsel 10 er det indhold af svovloxider og nitrogenoxider, der indeholdes i røggasserne. Man har derfor på forskellig måde forsøgt at reducere dette indhold, dels ved røggasrensning, dels ved katalytisk behandling af røggasserne. Til grund for opfindelsen ligger den erkendelse, at man i væsentlig grad kan reduce-15 re indholdet af nitrogen- og svovloxider, hvis det sikres, at passende oxidations- og temperaturforhold foreligger i forbindelse med forbrændingskammeret og skorstenen.

SE-patentskrift nr. 7804761-0 (SE-B-413.158) beskriver et for-20 brændingsapparat til forbrænding af en blanding af gas og partikelformet brændbart materiale og forbrændingsluft. Apparatet benyttes til forbrænding af diverse gas- eller partikelformet materiale, der indeholder carbon eller carbonforbindelser, på en sådan fuldstændig måde, at de udledte forbrændingsgasser 25 praktisk taget er fri for sod, carbonmonooxid og hydrocarbon-rester. Det er imidlertid ikke anført i patentet, at apparatet kan benyttes til at nedsætte indholdet af nitrogenoxider og svovloxider i forbrændingsgasser.

30 US-A-4.481.889 beskriver en fremgangsmåde til efterforbrænding af røggasser ved, at de urene gasser ledes gennem en brænder i et efterforbrændingskammer, hvori røggasserne ved tvangsblanding med en forbrændingsgas underkastes fuldstændig forbrænding. Ved denne fremgangsmåde tilføres således brændbare gas-35 ser for at fremkalde en efterforbrænding af røggasserne.

DE-A-3.014.590 beskriver et forsatsbrændkammer til en olieeller gasfyret, blæserunderstøttet brænder. Dette brandkammer DK 169794 Bl 2 tjener til at danne den frembragte flamme og forsinke den, før den kommer ind i forbrændingskammeret. Dette apparat tjener således til en overføring mellem brænderen og forbrændingskammeret og ikke som en reaktor til at nedsætte forbrændings-5 gassernes indhold af nitrogen- og svovloxider.

Opfindelsen beskrives nedenfor under henvisning til tegningen, der viser to eksempler på anordningen ifølge opfindelsen. På tegningen viser 10 fig. 1 et skematisk lodret snit gennem et eksempel på reaktoren ifølge opfindelsen, fig. 2 et snit langs linien II-II i fig. 1, 15 fig. 3 et skematisk snit gennem et forbrændingsanlæg, der indeholder et andet eksempel på en reaktor ifølge opfindelsen, og 20 fig. 4 en yderligere udførelsesform for en reaktor ifølge op-fi ndelsen.

Den i fig. 1 viste indretning omfatter en reaktor til at nedsætte forbrændingsgassers indhold af nitrogen- og svovloxider. 25 Reaktoren har et hylster eller væg 10 med en i det væsentlige lodret omtrent cylindrisk kappe 11 og en dertil tilsluttet kuppelformet udløbsende 12. Denne kuppelformede udløbsende har en central udløbsåbning 13. Kappen ll*s modstående ende danner en indløbsende 14. I hylstret 10 findes en konisk mellemvæg 30 15, hvis spids er rettet mod udløbsåbningen 13 og som er mon teret på støtteelementer 16 på en sådan måde, at en rundt-gående spalte 17 dannes mellem mellemvæggen og hylstret 10. I stedet for en rundtgående spalte kan forbindelsen mellem hylstret 10's øvre og nedre dele være udformet som mindst to 35 rundt om mellemvæggens periferi fordelte kantudtagninger, hensigtsmæssigt som vist i SE-B-413.158, som indbefattes ved henvisning. Ved apparatets bund findes en indløbstragt 18, der DK 169794 B1 3 leder røggasserne fra et ikke vist forbrændingskammer ind i røggasreaktoren, således at røggasserne vil blive indført ved en passende stor hastighed og rettet ind imod mellemvæggen 15’s koniske inderside. Rundt om hylstret 10 findes et yder-5 ligere hylster eller en væg 20, der har i det væsentlige samme form som hylstret 10, men har større dimensioner, således at der mellem hylstrene 10 og 20 dannes en spalte 21. Hylstret 10 er placeret excentrisk i hylstret 20. Hylstret 20 kan dannes af et varmeisolerende materiale, men kan også omgives af et 10 sådant. Ved det viste udførelseseksempel findes en udenpå liggende varmeisolering 22.

Spalten 21 mellem de to hylstre er forneden forbundet med en ringformet samlekasse 23, der er forbundet til en udløbsled-15 ning 24, f.eks. en skorsten. I spalten 21 mellem de to hylstre kan der findes en ikke nærmere vist varmeveksler til forvarmn-ing af sekundær luft. Ved udførelsesformen ifølge fig. 1 ledes sekundær luft imidlertid gennem et ringformet rum 40, der er udformet mellem hystret 20 og den ydre varmeisolering 22. Den 20 forvarmede sekundære luft føres ind via et sekundært luftindløb 25 i rummet mellem de to hylstre i nogen afstand fra udløbsåbningen 13.

Mellem den nedre kant af det indre hylster 10’s tilløbsende 14 25 og indløbstragten 18 findes en ringformet spalte 19 til ud skillelse af askepartikler, der udskilles i efterforbrændings-kammeret 10 og dannes ved forbrændingen i dette.

Ved anvendelse af apparatet ifølge fig. 1 og 2 er det fordel-30 agtigt at lade røggasserne fra forbrændingskammeret komme til indløbstragten 18 med en hastighed på maksimalt 2 m/sek. Ved indløbstragtens koniske form forøges gashastigheden og gasserne rettes mod indersiden af den koniske mellemvæg 15. Som følge af den intensive turbulens i rummet nedenfor den koniske 35 mellemvæg opnås en oxidation af resterende carbonoxid og carbondioxid, og i rummet ovenfor mellemvæggen foregår denne oxidation. Fra udløbsåbningen 13 strømmer røggasserne ind i 4 DK 169794 B1 spalten mellem hylstrene 10 og 20, hvor en efterforfarænding og behandling af svovl- og nitrogenoxider foregår under påvirkning af den forvarmede sekundær 1 uft, der indføres i sekundsr-1 uftindløbsrøret 25 og som fortrinsvis forvarmes til en tempe-5 ratur på ca. 700°C. Ved den excentriske placering opnås en intensiv blanding og alternerende kompression og ekspansion af røggasserne, der strømmer spiralformet nedad til samlekassen 23, inden de strømmer ud til udløbsledningen eller skorstenen 24 ved en temperatur på ca. 900°C.

10

Princippet for apparatet ifølge opfindelsen er baseret på eksperimenter med ideel turbulens for s 1utoxidation af alle hy-drocarbonmaterialer under et reguleret lavt partialtryk i gasfasen for at frembringe tilstrækkelig kontakttid med varme ka-15 talytiske kontaktflader. De varme kontaktflader udgøres fra først af af materialet i mellemvæggen 15. Bag denne konkave mellemvæg dannes der således en mere langsom turbulens i en reducerende atmosfære for, at man skal opnå den nødvendige carbonoxidproduktion til processen, f.eks. til reduktion af 20 forbrændingsgassernes svovlindhold. Ved støkiometrisk for- » brænding og ifølge efterfølgende formler, falder svovl med over 90¾ ud som svovldråber, der er blevet sublimeret ved afkølingen. Da efterforbrændingskammeret er lodret monteret, vil det sublimerede svovl sammen med de øvrige partikler au-25 tomatisk tilbageføres til askelejet via spalten mellem ind løbstragten 18 og tilløbsenden 14.

Når efterforbrændingskammeret anvendes ved store anlæg gælder formlen 2CO+SC2 ** S+2C02· 30

Til anlæg med overstøkiometrisk forbrænding gælder formlerne 2CO+O2 CO+CO2 samt SO2+CO+H2O =¾ K2S+CO samt SO2+H2S S+H2O.

Såfremt indløbsgasserne til efterforbrændingskammeret har en 35 temperatur på 900°C og ikke har en strømhastighed på over 2 m/sek., kan man opnå i det væsentlige sod- og partikelfrie røggasser, når en katalyserende flade findes på den koniske DK 169794 B1 5 mellemvæg 15 og øvrige kontaktflader, som påvirker forbrændingsgasserne.

Formelsamlingen for forbrændingskammeret fremgår af beskrivel-5 sens sidste side.

Den i fig. 3 viste udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen har i det væsentlige samme udformning som apparatet vist i fig. 1. Apparatet i fig. 3 vises sammen med et forbræn-10 dingsanlæg af den art, der er genstand for SE-patentskrift nr. 7804761-0 (SE-8-413.158} . For nærmere beskrivelse af dette apparat henvises derfor til det nævnte patentskrift, der herved indbefattes ved henvisning.

15 Apparatet vist i fig. 3 er i sin helhed angivet ved henvisningstallet 30. Efter dette forbrændingsapparat findes et yderligere forbrændingskammer 31, hvori man kan forbrænde f.eks. skadeligt affald eller fast brændsel. Fra dette forbrændingskammer eller fyrsted 31 strømmer forbrændingsgasserne 20 gennem en spalte 32 op til indløbstragten 18 til efterforbrændingskammeret ifølge opfindelsen. Spalten 32 findes mellem forbrændingsapparatet 30 og en varmeisoleret ovnvæg 33. Ved den nedre ende af dette rum, der afgrænses af ovnvæggen 33 findes et askeudløb 34. Da efterforbrændingskammeret eller 25 -reaktoren i fig. 3 i det væsentlige er udformet som vist i fig. I har ens dele samme henvisningsbetegnelser. Ved den i fig. 3 viste udførel sesform strækker mellemvæggen sig helt ud til indersiden af den cylindriske kappeflade 11, og der findes kantudtagninger, der strækker sig skråt gennem mellemvæggen 15 30 tæt op ad kappefladen, således at strømmen mellem rummet neden for mellemvæggen og rummet oven for mellemvæggen giver en skrueliniebevægelse for røggasserne, når de strømmer ind i det øvre kammer ovenfor mellemvæggen 15.

35 Fig. 4 viser en yderligere udførelsesform for en reaktor ifølge den foreliggende opfindelse. Ens dele har fået ens henvisningsbetegnelser. Den væsentlige forskel mellem udførelses- DK 169794 Bl 6 formen vist i fig. 1 og udførelsesformen vist i fig. 4 er den anden måde til at indføre sekundærluft gennem et sekundær 1 uft-indløb 45. Dette sekundær indløb 45 dannes af en spalte mellem to koniske vægge 40, 41. Denne spalte fødes med sekundær 1 uft, 5 der kan være blevet forvarmet på en eller anden hensigtsmæssig måde. Luften blæses enten ind gennem spalten 45 eller suges gennem spalten som følge af ejektorvirkning fremkaldt af røggasserne, der strømmer ind i reaktoren gennem indløbstragten 18.

10

Ved udførelsesformen vist i fig. 4 er den koniske mellemvæg 15 udformet på den måde, der er vist i ovennævnte SE-B-413.158, dvs. at der findes mindst to gennemløb 17, der udgøres af rundt langs omkredsen af væggen fordelte kantudtagninger, der 15 strækker sig skråt gennem mellemvæggen for at give en hvirvelvirkning hos røggasserne, når disse overføres mellem indløbskammeret og udløbskammeret.

Reaktoren ifølge opfindelsen kan med stor fordel anvendes også 20 til forbrændingsanlæg, der drives med fluidiseret brændselsleje.

25 30 35 7 DK 169794 B1

I UFULDSTÆNDIG FORBRÆNDING

(CH2)n + n 02 ^ r CO + η H2O

olie, gas oxygen carbon vand- monoxid damp 5

II KONVERSION

CO + H2O * CO2 + H2 carbon vand carbon hydrogen monoxid damp dioxid gas

10 METHANISERING

CO + 3H2 * CH4 + H2O

carbon hydrogen methan vand- monoxid gas damp

15 III FULDSTÆNDIG FORBRÆNDING

(CH2)n + f η 02 ^ n CO2 + n H2C

olie, gas oxygen carbon vand- ri i oxid damp 20 co + j 02 ^ CO2 carbon oxygen carbon monoxid dioxid

H2 + "2 ** H2O

hydrogen oxygen vand 25 gas damp

CH4 + 302 * C02 + 2H2O

methan oxygen carbon vandgas dioxid damp 30 S + "2 ^ SO2 svovl oxygen svovl dioxid 2 CO + S02 4* S +2 CO2

Alternativ reaktion med overskud af 02 og K20: 3 5 ' C + 02 * C0 + C02 S02 + C0 + H20 * H2S + CO2 so2 + h2s «t s + h2o

Claims (5)

8 DK 169794 B1 Patentkrav.

1. Reaktor til reduktion af forbrændingsrøggassers indhold af nitrogenoxider og svovloxider, omfattende et efterforbræn- 5 dingskammer til indkobling sammen med eller efter et forbrændingskammer, og hvor reaktoren har et hylster (10) med en i det væsentlige lodret omtrent cylindrisk kappe (11), der har en med forbrændingskammeret forbundet tilløbsende (18) og en modstående udløbsende (12), der er omtrent kuppelformet, og 10 som har en central udløbsåbning (13), hvilket hylster (10) yderligere har en med gennemløb (17) forsynet mellemvæg (15), der opdeler det indre af hylstret i et indløbskammer og et udløbskammer, at mellemvæggens (15) centrale parti er udformet som en konisk kappe, hvis yderside er vendt mod udløbskam-15 meret, og hvis inderside er vendt mod indløbskammeret, at mellemvæggens (15) gennemløb (17) enten har form som en spalte (17) mellem mellemvæggen og kappen eller har form som mindst . to rundt om mellemvæggens periferi fordelte kantudtagninger, kendetegnet ved, at reaktoren yderligere omfatter 20 en hylstret (10) omsluttende og på afstand fra dette anbragt varmeisoleret væg (20) samt et sekundær luftindløb (25, 45), der enten munder i rummet (21) mellem denne varmeisolerede væg (20) og hylstret (10) på afstand fra udløbskammerets centrale · udløbsåbning (13) eller munder i hylstrets (10) indløbskammer, 25 og at rummet (21) mellem hylstret (10) og den varmeisolerede væg (20) i området for hylstrets (10) indløbsende er forbundet med en udløbsledning (24), og at forbindelsen mellem forbrændingskammeret og reaktorens indløbskammer har form som en konisk tilsmalnende indløbstragt (18), der forløber ind i ind- · 30 løbskammeret, hvorhos en ringformet spalte findes mellem indløbstragten og hylstrets (10) indløbsende (14) for bortledning af askepartikler.

2. Reaktor ifølge krav l, kendetegnet ved, at mellemvæggens (15) kantudtagninger strækker sig skråt gennem mel- DK 169794 B1 9 lemvæggen nabostillet til den cylindriske kappe.

3. Reaktor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at mindst en af den cylindriske kappe (11), den kuppelformede udløbsende (12) og mellemvæggen (15) indeholder et materiale, 5 der har evnen til at katalysere oxidation af carbon og carbon-forbindelser.

4. Reaktor ifølge et af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at en sekundærluftvarmer (40) findes til forvarmning af den til sekundærluftindløbet tilførte sekundærluft.

5. Reaktor ifølge et af patentkravene 1 til 4, kende tegnet ved, at sekundærluf tindløbet (45) munder ved mundingen af indløbskammerets konisk tilsmalnende indløbs tragt (18) . 15