DK169796B1 - Incinerator - Google Patents

Description

- 1 - DK 169796 B1

Den foreliggende opfindelse angår en incinerator- eller kremeringsanordning af den type, som ud over det egentlige forbrændingskammer har et sekundært forbrændingskaminer, hvor forbrændingen understøttes af ekstra brændere med 5 henblik på at opnå en forbedret slutforbrænding af forbrændingsgasserne.

En sædvanligt anvendt incinerator i et krematorium omfatter som central del et forbrændingskammer for kisten, 10 hvilket kammer opvarmes med gas, olie eller elektricitet, oftest dog en eller flere oliebrændere. Efter forvarmning af forbrændingskammeret til ca. 700°C afbrydes opvarmningen, og kisten indføres. Derefter tilføres luft, hvorved kisten med indhold selvantænder og forbrænder.

15 Under processen stiger temperaturen til ca. 1100°C. I en efterforbrændingszone eller -kammer tilføres overskud af sekundærluft med henblik på at opnå fuld forbrænding af forbrændingsgasserne, inden de føres til en skorsten. En moderne variant af denne type incinerator beskrives f.eks.

20 i SE-B-363.886.

Sådanne incineratorer har imidlertid flere ulemper, bl.a. et dårligt træk, hvilket for en stor dels vedkommende skyldes, at man af æstetiske grunde undgår større skorstene 25 ved krematorier. Da man af etiske grunde søger at undgå aktivt at understøtte forbrændingen ved hjælp af varmetilførsel udefra (f.eks. oliebrændere), får man desuden ofte et utilfredsstillende resultat af forbrændingen på grund af en for lav ovntemperatur i begyndelsen og slut-30 ningen af forbrændingsprocessen. Som følge heraf synker temperaturen i efterforbrændingszonen, og man får en ufuldstændig slutforbrænding med deraf følgende lugt og røg op gennem skorstenen.

35 Der er gjort flere forsøg på at undgå disse ulemper ved udvikling af varianter af denne incineratorkonstruktion.

- 2 - DK 169796 B1 F.eks. beskriver US-A-1.156.398, US-A-3.538.864 og DE-C-257.576 incineratorer, hvor et under det primære forbrændingskammer anbragt efterforbrændingskammer forsynes med en speciel efterbrænder, som forbrændingsgasserne 5 fra det primære forbrændingskammer bringes til at passere via en eller flere udsugningsåbninger i forbrændingskammerets nedre del. Med disse konstruktioner opnår man ganske vist et forbedret skorstenstræk og en bedre slutforbrænding, men slutforbrændingen af forbrændingsgasserne bliver 10 alligevel ikke tilstrækkeligt effektiv til på tilfredsstillende måde at begrænse eller eliminere problematiske miljøgifte som f.eks. dioxiner og nitrogenoxider. Da udsugningen af forbrændingsgasserne sker i det primære forbrændingskammers nedre del, sker der desuden en dårlig 15 omsætning af forbrændingsgasserne i forbrændingskammerets øvre del, hvilket medfører store svingninger i sammensætning af de forbrændingsgasser, som kommer ind i det sekundære forbrændingskammer, og hvilket let indses at påvirke slutforbrændingen skadeligt. Desuden er det kun i 20 konstruktionen ifølge US-A-3.538.864, at varmen i efter-forbrændingskammeret i nogen grad genudnyttes i det primære forbrændingskammer.

Formålet med den foreliggende opfindelse er ved anvisning 25 af en forbedret incineratorkonstruktion af den i indledningen beskrevne type at opnå en overordentlig effektiv slutforbrænding, som er fuldt tilstrækkelig til f.eks. helt at eliminere dioxiner og i betydeligt omfang at reducere indholdet af nitrogenoxider, idet samtidig en effektiv 50 tilbageføring af forbrændingsvarmen fra efterforbrændings-kammeret til det primære forbrændingskammer opnås.

Betegnelsen "incinerator" skal i den forliggende sammenhæng forstås meget bredt, og den skal ud over forbrændingsovne 55 til krematorier også omfatte ovne til tilsvarende anvendelse på sygehuse, veterinærinstitutioner etc.

- 3 - DK 169796 B1

De angivne formål opnås ifølge opfindelsen ved hjælp af en modificeret, asymmetrisk incineratorkonstruktion, hvor der på den ene side opnås en meget homogen sammensætning af de forbrændingsgasser, som ledes til efterforbrændingskam-5 meret, derved at disse gasser udtages fra det primære forbrændingskammer via en i dettes øvre del anbragt og specielt udformet spalte og ledes til et blandingskammer ved siden af forbrændingskammeret, hvor forbrændingsgasserne blandes ordentligt, inden de skal passere brænderen 10 eller -erne i efterforbrændingskammeret, og hvor der på den anden såde opnås en forlænget og vel kontrolleret opholdstid ved høj temperatur i det sekundære forbrændingskammer, og dermed opnås endda en jævn og effektiv tilbageføring af varme til det primære forbrændingskammer, idet 15 det sekundære forbrændingskammer er anbragt som en kanal, der bugter sig under det primære forbrændingskammer, og fortrinsvis også under blandingskammeret, hvilken kanal er i varmevekslende kontakt med disse kamres bundpartier. Ifølge opfindelsen er desuden den ovenfor nævnte spalte 2o justerbar i højden, og endvidere er i det mindste dens overkant udskiftelig. Herved kan forbrændingsprocessen optimeres, uden at man påvirker ovnens trækregulerende egenskaber.

25 En sådan incineratoranordning er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne. Fordelagtige udførelsesformer for opfindelsen er angivet i underkravene.

Et væsentligt træk ved incineratoranordningen ifølge 30 opfindelsen, som ikke genfindes i de kendte konstruktioner, er således, at alle forbrændingsgasser bringes til at passere den samme vej gennem den samme temperatur- og styringsprofil, hvorved man får garanti for en ensartet afgangsgas .

35

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjælp af tegningen, hvor - 4 - DK 169796 B1

Fig. 1 viser et lodret tværsnitsbillede af en udførelsesform for en incineratoranordning ifølge opfindelsen,

Fig. 2 et lodret tværsnitsbillede langs linien A-A i 5 fig. Ir

Fig. 3 et vandret tværsnitsbillede langs linien B-B i fig. 2,

Fig. 4 et vandret tværsnitsbillede langs linien C-C i fig. 2, og 10 Fig. 5 et partielt lodret tværsnitsbillede langs linien D-D i fig. 4.

Den i fig. 1-4 viste incinerator, som tænkes anvendt i et krematorium, omfatter en indre ovnkonstruktion 1 opbygget 15 af høj-ildfast materiale beklædt med et yderlag 2 af et i hvert fald ildfast, varmeisolerende materiale. Den indre ovnkonstruktion 1 afgrænses i hovedsagen af et bundparti 3, to langsidevægge 4, 5, to kortsidevægge 6, 7 og et noget hvælvet tag 8. Incineratoren opdeles ved hjælp af 20 to vandrette skillevægge 9, 10 og en lodret partiel skillevæg 11, som beskrives nærmere nedenfor, i et primært forbrændingskammer 12, hvor kisten skal indføres, et blandingskammer 13 og et sekundært forbrændingskammer 14. Det sekundære forbrændingskammer 14 opdeles ved hjælp af 25 vandrette partielle skillevægge 15, 16, der også beskrives nærmere nedenfor, i tre parallelle sammenhængende kanalpartier 14a, 14b, 14c. En brænder 17, f.eks. en oliebrænder, er anbragt i kortsidevæggen 6 i det primære forbrændingskammers 12 øvre del, i den viste udførel-30 sesform er den rettet skråt indad/nedad i forbrændingskammeret. I den modstående kortsidevæg 7 er der desuden i det primære forbrændingskammer anbragt en indføringsluge 18 for kisten.

35 Nedre kanaler 19, 20 for tilførsel af primærluft til det primære forbrændingskammer 12 er anbragt i dettes langsidevægge 5, 11. Øvre primærluftkanaler 21 for forbrænd- - 5 - DK 169796 B1 ingskammeret 12 er anbragt i taget 8. I taget 8 er der eventuelt også anbragt kanaler 22 for tilførsel af sekundær luft, men disse kanaler udmunder i blandingskammeret 13.

5

Den ovennævnte partielle skillevæg 11 har en variabel overdel 11a, således at dennes højde og profil, og dermed størrelsen og formen på den spalte 23, som dannes mellem skillevæggen 11 og taget 8, for hver speciel ovn kan justeres 10 med henblik på opnåelse af optimalt træk og dermed optimal udsugning af forbrændingsgasser fra det primære forbrændingskammer 12 til blandingskammeret 13 samtidig med en minimering af det termiske slid på udsugningsåbningen, hvilket er et problem i de kendte ovne. Således kan f.eks.

15 hovedparten af gasstrømmen flyttes til et egnet sted langs spalten, uden at man påvirker ovnens trækreguleringsegenskaber. En sådan justerbar overdel 11a for skillevæggen 11 kan eksempelvis opnås ved at gøre skillevæggen modulopbygget ved hjælp af passende udformede "byggeklodser," f.eks.

20 kan man anvende keramiske formblokke, der kan stables og er selvlåsende i kraft af fjer/not-arrangementer eller lignende. Fortrinsvis er hele det skillevægsparti, som skiller blandingskammeret 13 fra forbrændingskammeret 12, opbygget på en sådan måde, at det kan udskiftes, da denne del af 25 forbrændingskammeret normalt udsættes for et relativt stort slid. Alternativt kan skillevæggens 11 overdel formes af keramisk støbemasse,, hvorved man får en kontinuert, jævn og variabel spalteprofil.

30 I blandingskammerets 13 forreste del (d.v.s. til venstre i fig. 3) findes en åbning i bundpartiet 10, så der er forbindelse til det sekundære forbrændingskammers forreste kanalparti 14a. Mellem åbningen 24 og kanalpartiet 14a findes en brænderanordning 25, som åbner ud mod kanal-35 partiet 14a, og som forbrændingsgasserne tvinges til at passere igennem, inden de indføres i det sekundære forbrændingskammers første del 14a.

- 6 - DK 169796 B1

Som det bedst fremgår af fig. 5 er brænderanordningen 25 i det viste tilfælde af ejektortypen og omfatter en strålebrænder 26 med høj udstrømningsimpuls, der er anbragt på nogen afstand af en blandingsdyse 27. Rundt om strålebrænd-5 erens 26 munding 29 udmunder tilførselsrør 28 for luft eller oxygen. Som det fremgår af fig. 5 har dysen en fordelagtig trappetrinsform, som på grund af gashvirvler bl.a. formindsker gasmodstanden og reducerer afsætningen af aske. Da bundåbningen 24 i blandingskammeret 13 står i direkte forbindelse med mellemrummet 30 mellem jetbrænderen 26 og dysen 27, bliver som ovenfor nævnt alle forbrændingsgasser, der forlader blandingskammeret, i kraft af ejektorvirkningen effektivt suget gennem brænderanordningen 25.

15

Det sekundære forbrændingskammer 14 udfylder i alt væsentligt hele rummet under det primære forbrændingskammer 12 og blandingskammeret 13, som det ses af fig. 4. Ved hjælp af de tidligere nævnte partielle skillevægge 15, 16, som udgår 20 fra henholdsvis kortsidevæggen 6 og dennes modstående kortsidevæg 7, inddeles det sekundære forbrændingskammer 14 i en labyrintformet kanal bestående af de tre parallelle kanalpartier 14a, 14b og 14c. Det sidstnævnte kanalparti 14c slutter i en med en skorsten forbundet, ikke-vist 25 røggaskanal 31.

Driften af brænderanordningen 25 kan styres via mindst en temperaturføler 32, som er anbragt i det sekundære forbrændingskammer 14, fortrinsvis i dettes første del. På 30 lignende måde kan tilførslen af ekstra luft gennem tilførselskanalerne 28 styres af en eller flere følere 33 for oxygenindhold, som er passende anbragt i det sekundære forbrændingskammer 14.

35 Ved anvendelse af den i fig. 1-5 viste incineratoranordning opvarmes først det primære forbrændingskammer 12 ved hjælp af brænderen 17 til en passende temperatur, f.eks. ca.

- 7 - DK 169796 B1 700°C. Derpå afbrydes opvarmningen, og kisten med det lig, som skal kremeres, indføres gennem lugen 18, hvorefter primærluft tilføres via luftkanalerne 19-21. Herved selvantænder den indførte kiste, og den forbrændes 5 med dæmpet og kontrolleret hastighed, hvorefter kremeringen af det i kisten placerede lig begynder.

Forbrændingen i det primære forbrændingskammer 12 sker med luftunderskud, så at forbrændingsprocessen får karakter af en pyrolyse. De dannede delvist brændbare forbrændings-10 gasser suges via spalteåbningen 23 mellem den partielle skillevæg 11 og taget 8 til blandingskammeret 13. Den justerbare overdel 11a af skillevæggen 11 er under indkøringen af incineratoren selvfølgelig justeret ved regulering af højden og profilen, så den giver så god en 15 udsugningseffekt som muligt. I dette tilfælde antages eksempelvis den i fig. 2 viste trinformede profil at give det bedste resultat.

Takket være placeringen af udsugningsspalten 23 op mod det 20 hvælvede tag 8 fås en god omsætning af forbrændingsgasserne i forbrændingskammeret 12 uden dannelse af lommer med akkumulerede røggasser. På grund heraf undgås større svingninger i sammensætningen af den forbrændingsgas, som når blåndingsakmmeret 13. I dette kammer 13 når eventuelle 25 koncentrationsforskelle i forbrændingsgassen at blive godt udjævnet, inden gassen via bundåbningen 24 suges ind i brænderanordningen 25.

I denne sker der en effektiv efterbrænding af forbrændings-30 gasserne under tilførsel af luft i overskud via tilførselskanalerne 28. Eventuelt kan dette lufttilskud som tidligere antydet suppleres med sekundærluft via kanalerne 22 i blandingskammerets 13 overdel. Lufttilførslen og funktionen af brænderanordningen 25 styres af de i det sekundære for-35 brændingskammer 14 anbragte oxygen- og temperaturfølere 32 hhv. 33, således at der opnås en så effektiv slut-forbrænding som muligt.

- 8 - DK 169796 B1

Takket være den kanalformede udformning af det sekundære forbrændingskamer 14 får forbrændingsgasserne en forlænget og vel kontrolleret opholdstid i dette- Herved garanteres en effektiv slutforbrænding af forbrændingsgasserne. Eksem-5 pelvis har det vist sig, at en opholdstid på mindst 0,8 sek. for forbrændingsgasserne ved en temperatur på mindst 1000-1100°C er nødvendig for at opnå nedbrydning af dioxiner og effektiv reduktion af indholdet af nitrogenoxider. Dette opnås uden videre ved anvendelse af den 10 konstruktion, som er beskrevet heri. De forbrændingsgasser, som via røggaskanalen 31 føres til skorstenen, er således i alt væsentligt fuldt forbrændte, navnlig er de specielt fri for dioxiner og har et kraftigt reduceret indhold af nitrogenoxider .

15

Takket være den kontrollerede opholdstid i det sekundære forbrændingskammer 14 fås desuden en jævn temperatur under det primære forbrændingskammers 12 bundparti 9, hvor størstedelen af det sekundære forbrændingskammer 14 er 20 placeret, og hvilket igen giver en forbedret og forkortet procescyklus.

Ved anvendelse af den ovenfor beskrevne incineratoranord-ning på f.eks. et sygehus eller en veterinæranstalt bliver 25 forbrændingen ganske givet hurtigere, da man uden etiske hindringer til stadighed kan understøtte forbrændingen med brænderen eller -erne 17.

Opfindelsen er ikke kun begrænset til den i tegningen viste 30 og ovenfor specielt beskrevne udførelsesform, som kan modificeres og ændres indenfor rammerne af denne opfindelse, sådan som den er angivet i de efterfølgende patentkrav.

35

Claims (8)

1. Incineratoranordning omfattende et primært forbrændingskammer (12), organer (17) til opvarmning af det primære forbrændingskammer (12), et sekundært forbrændingskammer (14), der står i forbindelse med det primære forbrænd- 5 ingskammer (12), og et efterbrænder-organ (25), som udmunder i det sekundære forbrændingskammer (14), og som forbrændingsgasserne fra det primære forbrændingskammer (12) bringes til at passere under indgangen til det sekundære forbrændingskammer (14), kendetegnet ved, at den 10 omfatter et mellem det primære forbrændingskammer (12) og efterbrænder-organet (25) anbragt blandingskammer (13), som er udstrakt langs med det primære forbrændingskammers (12) ene langside, og som står i forbindelse med det primære forbrændingskammer (12) via en udsugningsspal-15- te (23), som er afgrænset af en for det primære forbrændingskammer (12) og blandingskammeret (13) fælles overdel (8) og overkanten af en i højderetningen partiel skillevæg (11), som adskiller det primære forbrændingskammer (12) fra blandingskammeret (13), dog med et frirum 20 op mod den nævnte overdel (8), hvilket blandingskammer (13) også står i forbindelse med det sekundære forbrændingskammer (14) via mindst en åbning i blandingskammerets ene ende, hvilken overdel (11a) af den nævnte skillevæg (11) kan justeres i højden, og at det sekundære forbrændingskam-25 mer (14) omfatter en kanal (14b, 14c), som slynger sig langs med stort set hele bundpartiet (9) af det primære forbrændingskammer (12) i varmevekslende kontakt hermed.

2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, 30 at der i tilknytning til efterbrænder-organet (25) er anbragt regulerbare organer (28) til tilførsel af luft eller oxygen.

3. Anordning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at 35 det regulerbare tilførselsorgan (28) er anbragt således, at DK 169796 B1 -10 - det kan styres af et organ (33), som måler oxygenindhold og er anbragt i det sekundære forbrændingskammer (14).

4. Anordning ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, 5 at driften af det nævnte brænderorgan (25) er beregnet på at kunne styres af et organ (32), som måler temperaturen og er anbragt i det sekundære forbrændingskammer (14).

5. Anordning ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, 10 at overdelen (11a) af den skillevæg (11), som skiller blandingskammeret (13) og det primære forbrændingskammer (12), er uafhængigt justerbar i højden i forskellige positioner i længderetningen.

6. Anordning ifølge krav 1-5, kendetegnet ved, at efterbrænder-organet (25) er af ejektortypen og omfatter en strålebrænder (jet-brænder) (26) og en blandingsdyse (27), som er anbragt med et mellemrum (30) til brænderen og udmunder i det sekundære forbrændingskammer (14), idet 20 det nævnte mellemrum (30) mellem strålebrænderen (26) og blandingsdysen (27) står i forbindelse med blandingskammeret (13).

7. Anordning ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, 25 at mellemrummet (30) mellem strålebrænderen (26) og blandingsdysen (27) er direkte forbundet med mindst en åbning (24) i blandingskammerets (13) bundparti (10). 1 2 Anordning ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, 30 at det sekundære forbrændingskammer (14) strækker sig labyrintformet under såvel blåndingskammeret (13) som det primære forbrændingskammer (12) afgrænset af skillevægspartier (15, 16) som udgår skiftevis fra modstående sidevægge (6, 7). 35 2 Anordning ifølge krav 1-8, kendetegnet ved, at stort set hele den skillevæg (11), som adskiller - 11 - DK 169796 B1 blandingskammeret (13) og det primære forbrændingskammer (12), er udskiftelig.

10. Anordning ifølge krav 1-9, kendetegnet ved, 5 at den omfatter et organ (22) til tilførsel af sekundærluft i blandingskammerets (13) overdel (8). 10 ' 15 20 25 30 35