DK173557B1 - Fremgangsmåde til fyring i en kedel og kedel til udøvelse af fremgangsmåden - Google Patents

Description

i DK 173557 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fyring i en kedel, ved hvilken fremgangsmåde et løst ophobet brændsel gennem en indfyringsåbning indføres i kedlens fyrrum på et første underlag og stråler af tændluft, 5 der medriver varm røggas fra fyrrummet, rettes mod overfladen af det løst ophobede brændsel på underlaget, således at overfladelaget af det løst ophobede brændsel antændes og brændslet delvist forgasses, hvorefter brændslet føres videre til en i et lavere niveau belig-10 gende rist, på hvilken restforbrændingen af brændslet foregår. Opfindelsen angår også en kedel til udøvelse af fremgangsmåden.

Der kendes kedler, hvor området af fyrrummet ud for indfyringsåbningen er udformet, så det er relativt 15 lukket, idet det foroven er begrænset af et svagt skrånende afsnit af væggen over indfyringsåbningen, hvori der er indsat tændluftdyser, og nedadtil af en fast bund hældende under 5° - 20°. Denne kendte konstruktion er udformet med henblik på at kunne styre 20 tilførslen af ilt og dermed den mulige energifrigivelse til uddrivning af gasser fra det løst ophobede brændsel på den faste bund. Det har imidlertid vist sig, at det er vanskeligt at opnå en stabil forbrændingshastighed, fordi forbrændingen kan variere kraftigt ved forholds-25 vis små variationer af det løst ophobede brændsels gennemtrængelighed for luft, dets indhold af fugt, og den hastighed hvormed brændslet indføres i fyrrummet.

Det er en yderligere ulempe, at der i den kendte kedel med fast bund kan ophobes belægninger af smeltede 30 eller sammensintrede askepartikler dels på kedelvæggen i området ved tændluftdyserne, dels på det første underlag. For at sikre brændslets frie passage er det nødvendigt at fjerne sådanne belægninger med regelmæssige mellemrum, hvilket kan medføre uønskede drifts-35 stop. Det er også en mangel ved den kendte teknik, at DK 173557 B1 2 der ved forbrændingen udvikles en ikke ubetydelig mængde kvælstofoxid (NO), som via kedelanlæggets skorsten ledes til det omgivende miljø og forurener dette.

5 Fra US patentskrift nr. 4213405 kendes en kedel til forbrænding af fast brændsel, såsom træaffald, hvor kedlens fyrrum har et første underlag i form af en skråtstillet rist, der hovedsagelig har til opgave at tørre brændslet, idet røggas fra forbrændingszonerne 10 over en i et lavere niveau beliggende, anden rist ledes til og passerer op gennem en øverste zone af den første rist.

Det er hensigten med opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde, med hvilken de nævnte problemer 15 reduceres eller helt elimineres. Dette opnås ifølge opfindelsen ved en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, der er ejendommelig ved, at luften fra tændluftstrålerne sammen med den medrevne røggas tillades at passere ned gennem det løst ophobede 20 brændsel og det første underlag og herefter at af-strømme til fyrrummet, og at den af tændluftstrålerne medrevne røggas i hovedsagen trækkes ind fra et afsnit af fyrrummet, der gennemstrømmes af en blanding af forbrændingsprodukter fra det første*underlag og risten.

25 Ved fremgangsmåden opnås, at luften fra tændluft- dyserne sammen med den medrevne røggas passerer gennem brændslet til det første underlag, i det følgende benævnt den første rist, og derefter gennem risten til dennes underside. Dette resulterer i, at gasserne, der 30 udvikles ved antændelsen af brændslets overfladelag og ved forgasningen af den underliggende del af brændslet føres videre ned gennem brændslet til undersiden af den første rist. Forbrændingsgasserne strømmer herfra ud til fyrrummet og passerer herved hen over det på den 35 anden, lavere beliggende rist forbrændende brændsel, 3 DK 173557 B1 hvorved forbrændingsgasserne fra de to riste blandes samtidig med, at de opblandes med primær og sekundær luft, der tilsættes fyrrummet på konventionel måde. En del af denne blanding af røggasser trækkes derefter af 5 tændluftstrålerne ind fra fyrrummet mod overfladen af brændslet på det første underlag.

Det har overraskende vist sig, at med denne fremgangsmåde opnås en særdeles stabil forbrænding, og forbrændingshastigheden kan let styres, uanset eventu-10 elle variationer af luftgennemtrængeligheden af det løst ophobede brændsel, dettes fugtighedsindhold og hastigheden hvormed det tilføres.

Det har yderligere vist sig at der ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen forekommer væsentlig mindre 15 mængder af smeltede eller sammensintrede askepartikler, ligesom der ses en ikke uvæsentlig reduktion af den ved forbrændingen producerede mængde af kvælstofoxid.

Endelig kan det nævnes at der ved kedlen ifølge opfindelsen ikke forekommer tilbageslag af forbrændin-20 gen til indfyringskanalen som tilfældet er i den kendte kedel.

Det antages, at disse gode resultater i det væsentlige skyldes, at den blanding af luft og røggas, som rammer overfladen af det løst ophobede brændsel 25 sammen med forgasningsprodukterne fra det løst ophobede brændsel føres ned under den første rist. Derved sikres, at varm røggas fra fyrrummet kan strømme ind til området omkring tændluftdyserne, at en stor andel af denne røggas recirkuleres igennem det løst ophobede 30 brændsel, og at gasserne omkring den første rists flader har en relativ ensartet og lav temperatur. Dette skal ses i forhold til den kendte kedel, hvor tændluftstrålerne ikke er i stand til at trænge gennem brændselslaget, idet bunden under brændselslaget ikke 35 er åben for gennemstrømning. Dette medfører, at de ved DK 173557 B1 4 forgasningen udviklede produkter, som i forhold til røggassen i fyrrummets midte er relativt kolde, undviger fra det løst ophobede brændsels overside i det væsentlige til området omkring tændluftdyserne og 5 derved begrænser tilstrømningen af varm røggas til dette område. Dette forhold understøttes yderligere i den kendte kedel ved, at væggen over indfyringsåbningen er udført med en hældning nær vandret, hvorved tilstrømning af røggas fra fyrrummets midte forhindres.

10 I den kendte kedel med fast bund eksisterer der ikke et veldefineret strømningsmønster ved overfladen af den faste bund. Derved bliver det muligt for den varme gasstrøm fra tændluftdyserne at følge tilfældigt opståede huller i brændselslaget og ramme ind i den 15 faste bund, hvorved i den varme røggas suspenderede og delvis smeltede partikler af aske kan afsættes på bunden. Dette undgås i væsentligt omfang ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, dels ved at sådanne strømme søger hen mod åbningerne i den underliggende første 20 rist og dermed ikke afsætter partikler på ristefladen, dels ved at den resterende del af ristefladen, der bærer det overliggende brændsel, i højere grad er beskyttet af brændslet.

I den kendte kedel med fast ‘bund er der et stort 25 overskud af brændbare gasser, og dermed et underskud af ilt i området omkring tændluftdyserne. Som følge heraf har mængden af luft og dermed mængden af ilt, der tilføres til området omkring tændluftdyserne, en afgørende indflydelse på den hastighed, hvormed af-30 gasningsprodukter uddrives af brændslet på det faste underlag, idet tilførsel af luft til området omkring tændluftdyserne under disse betingelser vil forårsage en kraftig temperaturstigning i dette. Da en væsentlig del af afgasningen af brændslet på det fast underlag 35 typisk foregår ved temperaturer under 500°C, medens 5 DK 173557 B1 oxidation af disse afgasningsprodukter kræver temperaturer over 800-1000°C, kræves en nøje afstemning af forholdet mellem den til området ved tændluftdyserne tilførte luftmængde til røggassen og graden af varme-5 overførsel mellem røggas og brændsel på det faste underlag. I tilfælde af for høj grad af varmeoverførsel vil temperaturen af røggassen ved tændluftdyserne falde, hvorved reaktionen mellem brændbare komponenter i røggassen og ilt tilført med luften ophøre. I til-10 fælde af for lav grad af varmeoverførsel vil temperaturen i den af tændluftstråleme medrevne røggas stige til et niveau, hvor i røggassen suspenderede askepartikler smelter, og hvor aske dannet i overfladen af brændselslaget smelter og dermed yderligere hæmmer 15 varmeoverførsien mellem røggas og brændsel. Med henblik på at styre disse forhold er tændluftdyserne i den kendte kedel anbragt i et forholdsvis lukket område af fyrrummet.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen undgås disse 20 problemer ved, at der til tændluftdyserne indtrækkes en røggas, i hvilken hovedparten af de brændbare produkter er oxideret. Da en væsentlig del af den kemisk bundne energi allerede er omsat til varme i røggassen, før denne indblandes i tændluften, vil der således altid 25 være tilstrækkelig temperatur til at sikre fortsat oxidation i røggassen under selve indblandingen. Den formindskede mængde af brændbare gasser i røggassen omkring tændluftdyserne betyder desuden, at der i blandingen af tændluft og røggas er mere ilt til stede, 30 således at mængden af luft, som tilføres med og omkring tændluftstråleme, ikke får samme afgørende indflydelse på temperaturen af disse som i den beskrevne kendte teknik. Derved kan mængden af tændluft tilført i tændluftstråleme varieres betydeligt friere, ude-35 lukkende med henblik på at opnå den ønskede forbræn- 6 DK 173557 B1 dingshastighed på den første rist.

En yderligere virkning af det ovenfor omtalte overskud af ilt i og omkring tændluftstrålerne i kombination med gennemstrømningen af brændselslaget 5 ifølge opfindelsen, er, at de i røggassen ved tændluft-dyserne indeholdte kvælstofforbindelser, der stammer fra brændslet, vil blive oxideret i tændluftstrålerne og kunne reagere med ikke-oxiderede kvælstofforbindelser i afgasningsprodukterne under dannelse af frit 10 kvælstof, der ikke i væsentlig grad oxideres til kvælstofoxid i fyrrummet. Dermed opnås en væsentlig formindskelse af den samlede produktion af kvælstofoxid ved forbrændingen. Det antages, at dannelsen af frit kvælstof fremmes ved den øgede tilstedeværelse af frie 15 radikaler, som det vil blive beskrevet nedenfor.

For effektivt at undgå at suspenderede askepartikler i røggassen smelter og fæstner på kedlens vægge omkring tændluftdyseme er det nødvendigt at begrænse temperaturen i dette område til 900-1100°C. Ved frem-20 gangsmåden ifølge opfindelsen kan der imidlertid tillades en temperatur i selve tændluftstrålerne, der er højere end førnævnte niveau, fordi tændluftstrålerne ifølge fremgangsmåden passerer gennem det første underlag, i modsætning til tændluften, der i den kendte 25 kedel "slår tilbage" og derved rammer området omkring tændluftdyseme.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen vil tændluften og medrevet røggas ved passage af brændselslaget blive afkølet som følge af indblandingen af afgasnings-30 produkter.

Den førnævnte højere temperatur, der tillades i tændluftstrålerne ifølge opfindelsen medvirker til en effektiv nedbrydning af tjærestofferne i afgasningsprodukterne. Det antages, at nedbrydningen af tjærestoffer 35 yderligere fremmes, hvis der sker en afbrænding af CO

7 DK 173557 B1 og H2 umiddelbart før, de af tændluftstrålerne medrevne røggasser møder brændselslaget, idet der vil forløbe følgende hurtige kædereaktioner:

5 H2 + OH -> H20 + H

CO + OH -> C02 + H 02 + H -> O + OH O + H20 -> 2 OH

10 Hvilket resulterer i følgende nettoreaktioner:

h2 + 02 -> 2 OH

CO + 02 + H20 -> C02+ 2 OH

De derved dannede frie OH-radikaler vil kunne 15 reagere med tjærestofferne og medvirke til nedbrydning af disse. Alternativt vil de henfalde ved fx følgende reaktioner: CO + OH -> C02 + H 20 OH + H -> H20 hvilket netto resulterer i følgende reaktion: CO + 2 OH -> C02 +*H20.

25

Det må derefter antages, at nedbrydningen af tjærestoffer fremmes, hvis den røggas, som trækkes ind mod tændluftdyserne fra fyrrummet, indeholder betydelige mængder CO og H2· Dette vil under de normale forhold 30 i et fyrrum, hvor der kan være en betydelig inhomogenitet i røggassen, være forholdet, hvis røggassen, inden den medrives af tændluften, tilføres 60-110%, fortrinsvis 70-100%, især 80-90% af den støkiometrisk nødvendige luftmængde til forbrændingen af brændslet. Disse 35 blandingsforhold antages tilsvarende at være nær det 8 DK 173557 B1 optimale med henblik på at opnå den ovenfor beskrevne reduktion af dannelsen af kvælstofoxid.

I kedlen ifølge opfindelsen kan disse blandingsforhold opretholdes ved, at der i mindst én af kedlens 5 vægge er placeret tertiærluftdyser, i niveau med eller over en indsnævring af fyrrummets gennemstrømnings-tværsnit dannet af den skrånende væg over indfyrings-åbningen. Tertiærluften er nødvendig for at sikre, at den fra fyrrummet under indsnævringen kommende røggas 10 tilføres så meget ilt, at røggassen kan forbrændes fuldstændig, inden den ledes videre til kedlens konvektionsdel. Ved den nævnte placering sikres det, at den tilførte tertiærluft ikke indblandes i den røggas, der strømmer ind til tændluftdyserne og derved ændrer 15 de ovenfor nævnte fordelagtige blandingsforhold.

Ved at afgasningsprodukterne fra den første rist ledes hen over og opblandes i forbrændingsprodukterne fra den anden rist opnås dels at afgasningsprodukterne ikke i ren form kan nå frem til tændluftstrålerne og 20 dermed som følge af deres indhold af tjærestoffer hæmme oxidationen i disse, dels at der sker er yderligere nedbrydning af tjærestofferne, idet forbrændingsprodukterne fra den anden rist i højere grad består af CO, som ved samforbrænding med tjærest’offer nedbryder disse 25 som allerede beskrevet.

I en anden udførelsesform af fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan forbrændingen reguleres ved, at tænd-luftmængden forøges når iltindholdet i røggassen er høj eller er ved at stige og tændluftmængden reduceres, når 30 iltindholdet i røggassen er lav eller er ved at aftage.

Det har vist sig, at denne i sig selv kendte reguleringsform bliver meget stabil når den anvendes i forbindelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, idet uønsket indflydelse fra forgasningsprodukter, der re-35 turnerer direkte fra brændselslagets overflade til 9 DK 173557 B1 tændluftstrålerne nu er elimineret.

Opfindelsen vedrører også en kedel til udøvelse af den ovenfor beskrevne fremgangsmåde, omfattende et fyrrum med en indfyringsåbning, et første underlag 5 udformet som en første rist med risteåbninger til passage af til brændslet tilført tændluft, røggas og i brændslet udviklede forbrændingsgasser, en i et lavere niveau beliggende rist, og over det første underlag placerede tændluftdyser, hvilken kedel er ejendommelig 10 ved, at nævnte risteåbninger udgør mere end 20%, fortrinsvis mere end 50%, især mere end 70% af arealet af den første rist, at tændluftdyserne er placeret i en væg af kedlen over indfyringsåbningen og er rettet ned mod den første rist, og at væggen over indfyrings-15 åbningen skråner opad mod fyrrummets midte i en vinkel med vandret på 20 - 70°, fortrinsvis 30 - 60°, især 45° .

I den beskrevne udførelses form sikrer udformningen af den opadskrånende forvæg, at røggassen indtrækkes 20 fra det udfor indfyringsåbningen beliggende afsnit af fyrrummet, der vil være gennemstrømmet af den ønskede blanding af røggas fra de to riste.

yderligere udførelsesformer fremgår af krav 7-8.

Opfindelsen vil nu blive normere forklaret ved 25 hjælp af en udførelses form og med henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et fyrrum i en kedel ifølge opfindelsen.

Fyrrummet 1 begrænses af en forvæg 2, gennem hvilken brændsel 6 indføres gennem en indføringskanal 30 4 og en indfyringsåbning 5 på en nedadskrånende, første rist 7, der har en hældning på ca. 10°. I fyrrummet er der en anden, lavere beliggende rist 9, der i dette tilfælde er udført som en vibrationsrist, der rystes ved hjælp af en vibratormekanisme 10, der er forbundet 35 med risten ved hjælp af en stang 11.

10 DK 173557 B1

Risten 7 er udført som et antal fritliggende rør, mellem hvilke der er fri passage. Rørene kan typisk have en ydre diameter på 30 - 50mm og en indbyrdes afstand på 100 - 300mm. Den anden rist 9 er ført ind 5 under den første rist 7 med henblik på opsamling af aske og eventuelt gennemfaldende brændsel, og dens vandrør er videreført til første rist 7's vandrør, hvorved der skabes en fleksibel forbindelse mellem den faste rist 7 og den bevægelige rist 9.

10 Partiet af forvæggen 2 over indfyringsåbningen 5 skråner opad i en vinkel på ca. 45°, og i forvæggen er indsat tændluftdyser 15, der som antydet med pile 25 retter luftstråler ned mod det på risten løst ophobede brændsel 6. Den resulterende strømning af luft og 15 gasser gennem brændslet er antydet med pile 26 og 27.

Tændluf ten tilføres gennem en tændluf tkanal 16. Brændslet tilføres primærluft 30 gennem åbninger i vibrationsristen 9 og sekundærluft gennem sekundærluftdyser 17, hvor luftstrømmens retning er antydet ved pilen 28.

20 Sekundærluften tilføres via en sekundærluftkanal 18.

Kedlens fyrrum har et tværsnit, der opadtil snævrer ind og derefter udvider sig igen. Ved indsnævringen er der i kedlens bagvæg 3 placeret tertiær-luftdyser 19, der tilføres luft fra en tertiærluftkanal 25 20. Som antydet med pile 29 er luftstrømmen fra tertiærluf tdyserne rettet mod forvæggen 2 over indsnævringsområdet, således at tertiærluften ikke indblandes i den røggas, som trækkes ind til tændluftdyserne.

30

Claims (8)

11 DK 173557 B1

1. Fremgangsmåde til fyring i en kedel, ved hvilken fremgangsmåde et løst ophobet brændsel (6) gennem en indfyringsåbning (5) indføres i kedlens fyrrum (1) 5 på et første underlag (7) og stråler (25) af tændluft, der medriver varm røggas fra fyrrummet, rettes mod overfladen af det løst ophobede brændsel på underlaget, således at overfladelaget af det løst ophobede brændsel antændes og brændslet delvist forgasses, hvorefter 10 brændslet føres videre til en i et lavere niveau beliggende rist (9) , på hvilken restforbrændingen af brændslet foregår, kendet egnet ved, at luften fra tændluftstrålerne (25) sammen med den medrevne røggas tillades at passere ned gennem det løst ophobede 15 brændsel (6) og det første underlag (7) og herefter at af strømme til fyrrummet (1), og at den af tændluftstrå-lerne (25) medrevne røggas i hovedsagen trækkes ind fra et afsnit af fyrrummet, der gennemstrømmes af en blanding af forbrændingsprodukter fra det første 2 0 underlag og risten (9) .

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte afsnit af fyrrummet (1) i det væsentlige er beliggende i et niveau over overkanten af indfyringsåbningen (5) .

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, ken detegnet ved, at den af tændluft en medrevne røggas, inden den medrives tilføres 60 - 110%, fortrinsvis 70 - 100%, især 80 - 90% af den støkiometrisk nødvendige luftmængde til forbrændingen.

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at forbrændingen reguleres ved at tændluftmængden forøges når iltindholdet i røggassen er høj eller er ved at stige, og tændluftmængden reduceres, når iltindholdet i røggassen 35 er lav eller er ved at aftage. 12 DK 173557 B1

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at der som brændsel « anvendes halm.

6. Kedel til udøvelse af fremgangsmåden ifølge 5 ethvert af de foregående krav, omfattende et fyrrum (1) med en indfyringsåbning (5) , et første underlag (7) udformet som en første rist (7) med risteåbninger til passage af til brændslet tilført tændluft, røggas og i brændslet udviklede forbrændingsgasser, en i et lavere 10 niveau beliggende rist (9), og over det første underlag placerede tændluftdyser (15), kendetegnet ved, at nævnte risteåbninger udgør mere end 20%, fortrinsvis mere end 50%, især mere end 70% af arealet af 15 den første rist (7), at tændluftdyseme (15) er placeret i en væg (2) af kedlen over indfyringsåbningen (5) og er rettet ned mod den første rist (7), og at væggen (2) over indfyringsåbningen (5) skråner 20 opad mod fyrrummets (1) midte i en vinkel med vandret på 20 - 70°, fortrinsvis 30 - 60°, især 45°.

7. Kedel ifølge krav 6, kendetegnet ved, at der i mindst én af kedlens vægge (3) er placeret tertiærluftdyser (19), i niveau med eller over en 25 indsnævring af fyrrummets (1) gennemstrømningstværsnit dannet af den skrånende væg (2) over indfyringsåbningen (5) .

8. Kedel ifølge krav 6 eller 7, kendetegne t ved, at den anden rist (9) strækker sig hen 30 under i det mindste en del af den første rist (7).