ITPE20100019A1

ITPE20100019A1 - FLUID BOLLOUS BULB PIROLIZER WORKING WITH THE REUSE OF COMBUSTION FUMES AND POSTCOMBUSTION OF THE SELF-PRODUCED SYNGAS.

Info

Publication number: ITPE20100019A1
Application number: IT000019A
Authority: IT
Inventors: Vincenzo Aretusi; Filippo Bosco
Original assignee: Vincenzo Aretusi; Filippo Bosco
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-01

Description

PIROLIZZATORE A LETTO FLUIDO BOLLENTE PYROLYZER WITH BOILING FLUID BED

FUNZIONANTE CON IL RIUTILIZZO DEI FUMI DI COMBUSTIONE E WORKING WITH THE REUSE OF COMBUSTION FUMES E

POSTCOMBUSTIONE DEL SYNGAS AUTOPRODOTTO POSTCOMBUSTION OF SELF-PRODUCED SYNGAS

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

1. Riassunto-descrizione sommaria 1. Summary-brief description

Il combustore pyrogas a biomassa qui descritto presenta i seguenti vantaggi: The biomass pyrogas combustor described here has the following advantages:

pirolisi a letto fluido della biomassa con preventiva separazione delle ceneri e quindi emissione di fumi più puliti; fluidized bed pyrolysis of biomass with preventive separation of the ashes and therefore emission of cleaner fumes;

possibilità di usare biomasse ad alto potere calorifico e/o completamente essiccate con alti rendimenti di combustione; possibility of using biomass with high calorific value and / or completely dried with high combustion efficiency;

piccole quantità di combustibile presenti nel combustore con maggior controllo della combustione, minori volumi necessari, economie costruttive; small quantities of fuel present in the combustor with greater combustion control, lower volumes required, construction savings;

basse temperature di esercizio dei componenti metallici, con lunga durata e ridotta manutenzione. low operating temperatures of metal components, with long life and reduced maintenance.

Ciò è stato ottenuto usando alFinterno del combustore un particolare focolare di pirolisi e gassificazione a letto fluido che realizza la pirolisi ricircolando i fumi della combustione e riutilizzando il loro calore e la loro sottostechiometria, come meglio descritto qui di seguito. This has been achieved by using inside the combustor a particular pyrolysis and gasification furnace with a fluid bed which carries out the pyrolysis by recirculating the combustion fumes and reusing their heat and their understoichiometry, as better described below.

E’ stato realizzato di un prototipo-pilota con cui sono stati verificati tutti i risultati attesi. A pilot-prototype was created with which all the expected results were verified.

2. Stato attuale della tecnica 2. Current state of the art

I combustori adottati allo stato attuale della tecnica (es.: forni a griglia, forni a suola calda, forni a letto fluido, etc.) presentano i seguenti svantaggi: The combustors adopted in the current state of the art (e.g. grill ovens, hot hearth ovens, fluidized bed ovens, etc.) have the following disadvantages:

2.1 il combustibile viene avviato direttamente a combustione in grandi quantità, con difficile controllo del processo di combustione; 2.1 the fuel is sent directly to combustion in large quantities, with difficult control of the combustion process;

2.2 il combustore non sopporta altissime temperature, che possono provocare la fusione e/o problemi meccanici ai componenti metallici interni (es: coclee, griglie, bardotti, etc.), quindi occorre usare combustibili di basso potere calorifico ovvero inumiditi. Ma l’umidità sottrae alla combustione il calore di evaporazione dell’acqua, con notevole dispendio di energia termica e diminuzione del rendimento di combustione. 2.2 the combustor does not withstand very high temperatures, which can cause melting and / or mechanical problems to the internal metal components (eg: augers, grids, bardotti, etc.), therefore it is necessary to use fuels with low calorific value or moistened. But the humidity removes the heat of evaporation of the water from combustion, with a considerable waste of thermal energy and a decrease in combustion efficiency.

2.3 Occorrono elevati volumi della camera di combustione (specie se viene usata la ricircolazione dei gas combusti allo scopo di controllare l’eccessiva temperatura di combustione) con ^levati costi di costruzione; 2.3 High volumes of the combustion chamber are required (especially if the recirculation of the combustion gases is used in order to control the excessive combustion temperature) with high construction costs;

2.5 Nella combustione si ha il trascinamento di ceneri non evacuate, con molte polveri al camino. 2.5 In the combustion there is the entrainment of ashes not evacuated, with a lot of dust in the chimney.

Il particolare combustore qui descritto elimina tutti gli svantaggi di cui sopra, realizzando, all’intemo di un particolare bruciatore pirolitico, uno speciale processo di pirolisi, alimentata: dai propri fumi opportunamente ricircolati e miscelati, dal controllo delle condizioni sottostechiometriche e dal calore del riverbero interno. The particular combustor described here eliminates all the above disadvantages, realizing, within a particular pyrolytic burner, a special pyrolysis process, fed: by its own fumes suitably recirculated and mixed, by the control of the sub-stoichiometric conditions and by the heat of the reverberation. internal.

I vantaggi che ne conseguono sono: The resulting advantages are:

è possibile l’uso di combustibile ad alto potere calorifico, ovvero perfettamente secco, con alti rendimenti di combustione perché non viene spesa energia termica di evaporazione; il combustore funziona con piccole quantità di combustibile ed è quindi facilmente controllabile; it is possible to use fuel with high calorific value, that is perfectly dry, with high combustion yields because no thermal evaporation energy is spent; the combustor works with small quantities of fuel and is therefore easily controlled;

di conseguenza il volume di combustione è piccolo, con forti economie costruttive; consequently the combustion volume is small, with strong constructive economies;

in fase di pirolisi si ha la completa separazione delle ceneri non fuse e quindi esse non vengono trascinate al camino; during the pyrolysis phase there is the complete separation of the non-melted ashes and therefore they are not dragged to the chimney;

il syngas prodotto dalla piroloisi, che viene avviato a combustione-postcombustione, è molto pulito perché è già avvenuta la separazione delle ceneri; the syngas produced by pyroloysis, which is sent to combustion-post-combustion, is very clean because the separation of the ashes has already taken place;

la camera di postcombustione è disegnata per ottenere cineticamente ia separazione di eventuali polveri ancora presenti; the post-combustion chamber is designed to obtain kinetically the separation of any dust still present;

il sistema suddetto è tale da realizzare all’interno del combustore un volume a bassa temperatura (zona di pirolisi) che ospita tutti gli organi metallici; infatti il focolare e gli ugelli dell’aria operano a temperature relativamente basse: the aforementioned system is such as to create a low temperature volume (pyrolysis zone) inside the combustor that houses all the metal parts; in fact the firebox and the air nozzles operate at relatively low temperatures:

• il focolare con relativo sistema di adduzione del combustibile perché (a) la pirolisi avviene a bassa temperatura ed il letto fluido lo protegge dall’irraggiamento superiore, e (b) perché è refrigerato dal passaggio dei fumi nella intercapedine; • the firebox with its fuel supply system because (a) pyrolysis occurs at a low temperature and the fluid bed protects it from upper radiation, and (b) because it is cooled by the passage of fumes in the cavity;

• gli ugelli dell’aria secondaria perché (a) sono ubicati al limite inferiore della zona di combustione e (b) perché sono autorefrigerati dall’aria che li attraversa. • the secondary air nozzles because (a) they are located at the lower limit of the combustion area and (b) because they are self-refrigerated by the air passing through them.

3. Descrizione dell’invenzione 3. Description of the invention

Il pyrocombustore qui descritto è l’unico in grado di pirolizzare biomassa e produrre syngas con un processo modulabile, utilizzando i propri fumi di combustione per produrre ia pirolisi. The pyrocombustor described here is the only one capable of pyrolyzing biomass and producing syngas with a modular process, using its own combustion fumes to produce pyrolysis.

Esso è costituito da uno o più focolari di pirolisi e gassificazione alimentati a pellets o chips di biomassa, che sono confinati all’intemo di una camera di produzione del syngas. Il syngas prodotto dalla pirolisi brucia poi in una normale camera di combustione seguita da una camera di postcombustione. I gas combusti prelevati dal postcombustore e dal camino vengono adeguatamente miscelati per ottenere la temperatura voluta, eventualmente addizionati di piccole quantità di aria, e quindi ricircolati nel focolare/i, per realizzare le condizioni di temperatura e sottostechiometria necessari ad avviare e mantenere il processo endotermico di pirolisi. It consists of one or more pyrolysis and gasification fireplaces fed with pellets or biomass chips, which are confined within a syngas production chamber. The syngas produced by pyrolysis then burns in a normal combustion chamber followed by an afterburner chamber. The flue gases taken from the afterburner and the chimney are adequately mixed to obtain the desired temperature, possibly added with small quantities of air, and then recirculated in the firebox / s, to achieve the temperature and understoichiometry conditions necessary to start and maintain the endothermic process. of pyrolysis.

Modulando la temperatura in funzione del combstibile, il sistema consente di separare e smaltire le ceneri pesanti già in fase di pirolisi, e pertanto di bruciare syngas molto pulito; eventuali ceneri volanti residue vengono separate nel postcombusore, minimizzando le emissioni al camino. By modulating the temperature according to the fuel, the system allows to separate and dispose of the bottom ashes already in the pyrolysis phase, and therefore to burn very clean syngas; any residual fly ash is separated in the afterburner, minimizing the emissions to the stack.

A valle del sistema sono previsti l’eventuale camino di sicurezza, lo scambiatore recuperatore di calore, il camino di espulsione in atmosfera ed il sistema di recupero e ricircolo dei fumi da riutilizzare per la pirolisi, il tutto regolato da un processo logico di sistema, secondo il seguente lay-out: Downstream of the system there is a safety chimney, the heat recovery exchanger, the exhaust chimney into the atmosphere and the smoke recovery and recirculation system to be reused for pyrolysis, all regulated by a logical system process, according to the following lay-out:

ARIA MISCELA SOTTOSTECHIOMETRICA MISCELAZIONE AIR BLEND SUBSTECHIOMETRIC MIXING

GAS GAS ARIA ARIA CALORE COMBUSTI COMBUSTI GAS GAS AIR AIR HEAT COMBUSTS COMBUSTS

(alta T) (bassa T) (high T) (low T)

PIROLISI SU POST- CAMINO LETTO FLUIDO COMBUSTIONE _ CO _ COMBUSTONE PYROLYSIS ON POST-FIREPLACE BED FLUID COMBUSTION _ CO _ COMBUSTONE

BIOMASSA GAS<GAS>SCAMBIATORE BIOMASS GAS <GAS> EXCHANGER

SYNGAS COMBUSTI COMBUSTI DI CALORE SYNGAS COMBUSTS HEAT COMBUSTS

CENERI CENERI CENERI ASH ASH ASH ASH

NON FUSE LEGGERE LEGGERE DO NOT FUSE READ READ

I componenti del sistema sono i seguenti: The components of the system are as follows:

a) focolare di gassificazione a letto fluido, che è costituito a sua volta dai seguenti elementi: a.1 Un fondello concavo nel quale viene introdotta in continuo da biomassa combustibile in chips o pellets (ad es. mediante coclea passante o spintore) in misura all’incirca sufficiente al suo riempimento. a) fluidized bed gasification hearth, which in turn consists of the following elements: a.1 A concave bottom into which combustible biomass in chips or pellets is continuously introduced (e.g. by means of a passing screw or pusher) to an extent roughly enough to fill it.

Il fondello presenta perimetralmente e sul fondo una serie di ugelli (fori e/o fessure) da cui viene immessa una miscela di fumi prelevati dal camino e dalla camera di postcombustione, con eventuali piccole aggiunte di aria, il tutto in quantità sottostechiometrica tale da realizzare il processo di pirolisi ed alimentarlo con la combustione della sola quantità di combustibile necessario a mantenere il processo. La temperatura di pirolisi sarà regolata e compresa tra 250 e 600°C. The bottom has a series of nozzles (holes and / or slits) on the perimeter and on the bottom from which a mixture of fumes taken from the chimney and from the post-combustion chamber is introduced, with any small additions of air, all in such a sub-stoichiometric quantity as to achieve the pyrolysis process and fuel it with the combustion of the only quantity of fuel necessary to maintain the process. The pyrolysis temperature will be regulated and between 250 and 600 ° C.

La pressione dei fumi ricircolati sarà tale (orientativamente 30 kg/mq) da far galleggiare e rimescolare i chips/pellets, mantenendoli in sospensione ed in mescolamento e agitazione, ottenendo in tale modo caratteristiche simil-fluide, che definiremo per semplicità “letto fluido”. La piccola quantità di combustibile presente rende il processo facilmente governabile e minimizza i volumi di combustione necessari. The pressure of the recirculated fumes will be such (approximately 30 kg / m2) as to make the chips / pellets float and mix, keeping them in suspension and in mixing and stirring, thus obtaining fluid-like characteristics, which we will define for simplicity as a "fluid bed" . The small amount of fuel present makes the process easily manageable and minimizes the necessary combustion volumes.

a.2 Una camicia esterna al fondello la quale realizza una controparete tale da ottenere un’intercapedine in cui vengono immessi in pressione il gas combusto ricircolato, che provvede anche alla refrigerazione del fornello; a.2 A jacket external to the bottom which creates a counter-wall such as to obtain a cavity in which the recirculated burnt gas is put under pressure, which also provides for the refrigeration of the stove;

a.3 II processo endotermico di pirolisi - una volta innescato (ad es. da un bruciatore pilota) - si mantiene a regime sia assorbendo energia dalla piccola quantità di combustibile bruciato per effetto dell’ossigeno residuo presente nei fumi, sia dal calore dei fumi introdotti, sia dall’irraggiamento dalla sovrastante combustione, sia dalla volta incandescente del combustore. a.3 The endothermic pyrolysis process - once triggered (e.g. by a pilot burner) - is maintained at full capacity both by absorbing energy from the small amount of fuel burned due to the residual oxygen present in the fumes, and by the heat of the fumes introduced, both by the radiation from the overlying combustion, and by the incandescent vault of the combustor.

a.4 Un volume immediatamente sopra il fondello (denominato “volume del letto fluido”), caratterizzato dal galleggiamento e rimescolamento dei pellets o chips introdotti, in fase di pirolisi e da cui si sta sprigionando syngas. La massa galleggiante sul letto fluido (cfr. a.l) ha anche la funzione di proteggere il fondello dall’irraggiamento proveniente dalla sovrastante zona di combustione. a.4 A volume immediately above the bottom (called "fluid bed volume"), characterized by the floating and mixing of the pellets or chips introduced, in the pyrolysis phase and from which syngas is being released. The floating mass on the fluid bed (see a.l) also has the function of protecting the bottom from the radiation coming from the combustion area above.

a.5 Un sistema di raccolta ed evacuazione delle ceneri. Le ceneri prodotte dalla pirolisi presenti nel letto fluido hanno densità assai inferiore al syngas prodotto dalla pirolisi, e quindi durante la gassificazione si depositano dal letto fluido sul fondo e quindi nel sistema di raccolta ed evacuazione (es.: tramoggia e coclea) di forma e dimensioni determinate dalla geometria del fondello e degli ugelli, tali da indurre l’accumulo entro le tramogge laterali. a.5 An ash collection and evacuation system. The ashes produced by pyrolysis present in the fluid bed have a density much lower than the syngas produced by pyrolysis, and therefore during gasification they are deposited from the fluid bed on the bottom and therefore in the collection and evacuation system (e.g. hopper and auger) of shape and dimensions determined by the geometry of the bottom and of the nozzles, such as to induce accumulation within the side hoppers.

a.6 Un sistema di controllo di temperatura e pressione. a.6 A temperature and pressure control system.

Il controllo della temperatura di pirolisi (cfr. a.3) dovrà essere tale da mantenere le ceneri al disotto del loro punto di fusione per favorirne il deposito ed evitare che si diffondano nei fumi come ceneri volanti. La regolazione della temperatura avviene controllando la temperatura del letto di pirolisi, la portata del combustibile, la temperatura di combustione. Il superamento dei set-point di riferimento determinano: la portata dei gas di ricircolo e la portata di aria primaria. The control of the pyrolysis temperature (see a.3) must be such as to keep the ashes below their melting point to favor their deposit and prevent them from spreading in the fumes as fly ash. The temperature is regulated by controlling the temperature of the pyrolysis bed, the fuel flow rate, the combustion temperature. Exceeding the reference set-points determine: the flow rate of the recirculating gases and the flow rate of primary air.

Il controllo della pressione deve garantire che i fumi ricircolati escano dagli ugelli del fondello alla velocità sufficiente a produrre la pressione dinamica per realizzare il letto fluido; la portata dei fumi sarà proporzionale alla portata di combustibile. The pressure control must ensure that the recirculated fumes leave the bottom nozzles at a speed sufficient to produce the dynamic pressure to create the fluid bed; the flue gas flow will be proportional to the fuel flow.

Tutti i parametri di funzionamento sono regolati da PLC. All operating parameters are regulated by PLC.

b) camera di produzione syngas b) syngas production chamber

Il syngas prodoto dalla pirolisi sale verso l’alto ed è contenuto perimetralmente da pareti refratarie in una camera la cui chiusura superiore è costituita da un piano orizzontale a velo d’aria generato da ugelli ad emissione laminare. The syngas produced by pyrolysis rises upwards and is contained perimeter by refractory walls in a chamber whose upper closure is made up of a horizontal plane with air film generated by laminar emission nozzles.

Possono essere presenti una o più camere, costituite da: There may be one or more rooms, consisting of:

b.l fondo, comprendente il focolare pirolizzatore come su descrito e con gli annessi sistemi di evacuazione ceneri; b. the bottom, comprising the pyrolyzer firebox as described above and with the attached ash evacuation systems;

b.2 pareti perimetrali, che hanno lo scopo di confinare un volume ben definito di syngas per poter governare e controllare singolarmente ogni bruciatore. Come meglio evidenziato in disegno, le pareti longitudinali coincidono con quelle del combustore e proseguono a tufi’ altezza; le pareti secondarie trasversali (nel caso di più camere) sono costituite da mureti in refrattario di altezza tale da confinare il volume di syngas prodoto, ato a garantire la combustione per il tempo di residenza necessario; b.3 soffitto, che è confinato dinamicamente da un piano costituito da uno strato di aria secondaria emessa da ugelli di natura e disposizione tale da realizzare uno strato laminare (ad es. ugelli ad emissione radiale o laminare posti su tubi verticali contornanti il fornello e/o sporgenti dalle pareti perimetrali principali). b.2 perimeter walls, which have the purpose of confining a well-defined volume of syngas in order to be able to govern and control each burner individually. As better highlighted in the drawing, the longitudinal walls coincide with those of the combustor and continue at tuff height; the secondary transverse walls (in the case of several chambers) consist of refractory walls of such height as to confine the volume of syngas produced, to ensure combustion for the necessary residence time; b.3 ceiling, which is dynamically confined by a plane consisting of a layer of secondary air emitted by nozzles of such a nature and arrangement as to create a laminar layer (e.g. radial or laminar emission nozzles placed on vertical pipes surrounding the stove and / or protruding from the main perimeter walls).

La quota degli ugelli determina la fine del volume di gassificazione e l’inizio del volume di combustione; essi sono proteti dalla fusione perchè refrigerati dall’aria che li attraversa, The height of the nozzles determines the end of the gasification volume and the beginning of the combustion volume; they are protected from fusion because they are cooled by the air that passes through them,

c) camera di combustione c) combustion chamber

Il syngas prodotto in (b) tende a salire sia per la minore densità sia perché aspirato dal ventilatore di estrazione a valle (che mantiene il sistema in depressione) e quindi atraversa il soffitto (b.3) mescolandosi con l’ossigeno ed iniziando la combustione che avviene con la carateristiche fiamma azzurra a 1100-1300°C. La camera di combustione caraterizzata da: c.l volume di combustione, confinato inferiormente dallo strato d’aria (b.3), superiormente dal soffito del combustore (piano o ad arco), perimetralmente da tre pareti laterali del combustore e dal seto di separazione dalla camera di postcombustione. The syngas produced in (b) tends to rise both due to the lower density and because it is aspirated by the downstream extraction fan (which keeps the system in depression) and then crosses the ceiling (b.3) mixing with oxygen and starting the combustion that takes place with the characteristic blue flame at 1100-1300 ° C. The combustion chamber characterized by: c. The combustion volume, confined below by the layer of air (b.3), above by the combustor ceiling (flat or arched), on the perimeter by three lateral walls of the combustor and by the separation set from the afterburner chamber.

c.2 volume dimensionato per garantire il tempo di ritenzione necessario alla completa combustione del syngas; c.2 volume sized to guarantee the retention time necessary for the complete combustion of the syngas;

c.3 il calore irraggiato verso il basso dalla combustione, insieme all’irraggiamento dei refratari arroventati della volta - investe il leto fluido e contribuisce a fornire energia per il processo endotermico di pirolisi; c.3 the heat radiated downwards by the combustion, together with the irradiation of the red-hot refractory of the vault - invests the fluid bed and helps to provide energy for the endothermic pyrolysis process;

c.4 setto di uscita dei gas combusti che conduce alla camera di postcombustione: esso è costituito da una parete con una luce libera che viene attraversata dai gas combusti richiamati dal ventilatore di estrazione. Nell’attraversamento della ridotta sezione di passaggio si ha un’accelerazione dei gas combusti. c.4 combustion gas outlet septum leading to the post-combustion chamber: it consists of a wall with a free opening which is crossed by the burnt gases drawn by the extraction fan. When crossing the reduced passage section, the combustion gases accelerate.

d) camera di postcombustione d) afterburner chamber

La camera di postcombusione ha la funzione di bruciare tutto il CO eventualmente residuo presente nei fumi, aumentando il rendimento complessivo di combustione. The postcombustion chamber has the function of burning any residual CO present in the fumes, increasing the overall combustion efficiency.

Essa è così caratterizzata: It is characterized as follows:

d.1 i gas combusti ad alta velocità (cfr. c.4) rallentano bruscamente perché incontrano un forte aumento della sezione di passaggio e quindi depositano cineticamente sul fondo tutte le eventuali polveri residue ancora trascinate; d.1 the high velocity burnt gases (see c.4) slow down abruptly because they encounter a strong increase in the passage section and therefore kinetically deposit any residual dust still entrained on the bottom;

d.2 il volume di postcombustione è tale da garantire il tempo di residenza necessario alla postcombustione del CO eventualmente residuo nei gas combusti, d.2 the afterburning volume is such as to guarantee the residence time necessary for the afterburning of any CO residual in the flue gases,

d.3 le pareti portano un sistema di ugelli che immetono aria secondaria di postcombustione; d.3 the walls carry a system of nozzles that introduce secondary afterburning air;

d.4 sul fondo si ha una sistema di raccolta ed evacuazione delle polveri (d.l) precipitate (ad es. tramoggia e coclea); d.4 on the bottom there is a system for collecting and evacuating the precipitated dust (d.l) (e.g. hopper and screw conveyor);

d.4 su una parete esiste una presa di fumi ad alta temperatura dei quali si dirà in (f). e) Apparecchiature a valle del combustore d.4 on one wall there is a high temperature smoke outlet which will be mentioned in (f). e) Equipment downstream of the combustor

Le apparecchiature a valle si descrivono per completezza allo scopo di illustrare il completo funzionamento del sistema ma non costituiscono oggetto di invenzione, essendo quelle comunemente adottate allo stato attuale della tecnica. The downstream apparatuses are described for the sake of completeness in order to illustrate the complete operation of the system but do not constitute an object of invention, being those commonly adopted in the current state of the art.

Esse consistono in: They consist of:

e.l eventuale camino di sicurezza (normalmente chiuso e con soffitto apribile), con la funzione di scaricare i gas in atmosfera mettendo in sicurezza il combustore (ad es. per blocco dello scambiatore a valle); il camino si aprirà solo in caso di totale avaria e distruzione di tutti i sistemi di controllo e rappresenta la sicurezza del sistema. e.2 scambiatore di calore, che ha lo scopo di recuperare e riutilizzare l’entalpia dei fumi mediante adeguate superfici di scambio termico per trasferire il calore contenuto nei fumi al fluido intermedio comunque utilizzato (riscaldamento e/o produzione di vapore); e. the eventual safety chimney (normally closed and with opening ceiling), with the function of discharging the gases into the atmosphere by making the combustor safe (for example by blocking the downstream exchanger); the chimney will open only in the event of total failure and destruction of all control systems and represents the safety of the system. e.2 heat exchanger, which aims to recover and reuse the enthalpy of the fumes by means of suitable heat exchange surfaces to transfer the heat contained in the fumes to the intermediate fluid in any case used (heating and / or steam production);

e.3 eventuali sistemi di filtrazione e pulizia dei fumi da inviare al camino; e.3 any fume filtration and cleaning systems to be sent to the chimney;

e.4 ventilatore di estrazione che mette in depressione l’intero sistema; e.4 extraction fan that puts the entire system in depression;

e.5 presa dei fumi di cui si dirà in (f); e.5 intake of the fumes mentioned in (f);

e.6 camino di scarico in atmosfera; e.6 exhaust chimney in the atmosphere;

e.7 sistema logico di controllo. e.7 logic control system.

f) Sistema di recupero fumi f) Smoke recovery system

Di norma per creare le condizioni di pirolisi si introduce il materiale da pirolizzare all’interno di un contenitore , si crea il vuoto o un ambiente inerte sottostechiometrico, si fornisce dall’esterno il calore necessario essendo la pirolisi un processo endotermico. As a rule, to create the pyrolysis conditions, the material to be pyrolyzed is introduced into a container, a vacuum or an inert sub-stoichiometric environment is created, the necessary heat is provided from the outside as pyrolysis is an endothermic process.

Il nostro sistema innovativo ottiene invece la pirolisi riutilizzando l’energia termica recuperata dalla successiva combustione del gas di pirolisi, e realizza le condizioni sottostechiometriche mediante il ricircolo dei medesimi fumi che cedono tale energia. Our innovative system, on the other hand, achieves pyrolysis by reusing the thermal energy recovered from the subsequent combustion of the pyrolysis gas, and realizes the sub-stoichiometric conditions by recirculating the same fumes that release this energy.

Il sistema completo di recupero dei fumi consiste in: The complete fume recovery system consists of:

f.l presa fumi a bassa temperatura (a valle dello scambiatore) prelevati dal camino di scarico in atmosfera, mediante ventilatore di ricircolazione; f. the low temperature flue gas intake (downstream of the exchanger) taken from the exhaust flue into the atmosphere, by means of a recirculation fan;

f.2 presa di fumi ad alta temperatura dalla camera di postcombustione mediante eiettore che viene alimentato dal ventilatore (f.l); f.2 high temperature flue gas intake from the post-combustion chamber by means of an ejector which is powered by the fan (f.l);

f.3 dispositivo di regolazione delle masse prelevate (f.1,17) per ottenere la temperatura di pirolisi prefissata agendo sulla loro miscelazione; il controllo della temperatura avviene dosando la quantità di fumi (f.2) mediante la regolazione del sistema di controllo che agisce sul diaframma dell’ugello eiettore; f.3 device for regulating the masses withdrawn (f.1,17) to obtain the predetermined pyrolysis temperature by acting on their mixing; the temperature is controlled by dosing the quantity of fumes (f.2) by adjusting the control system which acts on the diaphragm of the ejector nozzle;

f.4 presa di aria modulante da miscelare eventualmente ai fumi (f i. f.2) per dosare il contenuto sottostechiometrico di ossigeno necessario al mantenimento del processo di pirolisi. L’aria eventualmente miscelata serve ad aumentare la quantità di ossigeno residuo già contenuto nei fumi a causa dell’eccesso d’aria di combustione e postcombustione. Piccole quantità di ossigeno sottostechiometrico consentono una parziale ed incompleta combustione che (insieme all’entalpia dei fumi ed agli irraggiamenti interni) provvede a fornire esattamente l’energia necessaria a mantenere in vita il processo endotermico di pirolisi. f.4 modulating air intake to be mixed with the fumes if necessary (f i. f.2) to dose the sub-stoichiometric oxygen content necessary to maintain the pyrolysis process. Any mixed air serves to increase the amount of residual oxygen already contained in the fumes due to excess combustion and post-combustion air. Small amounts of sub-stoichiometric oxygen allow partial and incomplete combustion which (together with the enthalpy of the fumes and internal radiation) provides exactly the energy needed to keep the endothermic pyrolysis process alive.

g) sistemi di regolazione g) regulation systems

I sistemi di regolazione, già in parte descritti, e meglio evidenziati in disegno, consistono in: g. 1 regolatore modulante della portata di combustibile; The adjustment systems, already partially described, and better highlighted in the drawing, consist of: g. 1 modulating fuel flow regulator;

g.2 controllo della pressione in camera di combustione e sistema di riallineamento allo scopo di adattare la pressione in camera di combustione alia quantità di combustibile consumato; g.2 control of the pressure in the combustion chamber and realignment system in order to adapt the pressure in the combustion chamber to the quantity of fuel consumed;

g.3 regolatore modulante per il controllo in emergenza di eccessiva temperatura di g.3 modulating regulator for emergency control of excessive temperature

combustione; combustion;

g.4 regolatore a punto fisso sulla pressione di limite minimo sulla condotta di gas combusti ricircolati. g.4 regulator with fixed point on the minimum limit pressure on the recirculated flue gas pipeline.

4. Vantaggi ottenibili 4. Obtainable advantages

Il dispositivo sin qui descritto presenta i seguenti vantaggi: The device described up to now has the following advantages:

4.1 II sistema può operare ad alte temperature usando combustibili con alto potere calorifico ovvero completamene pre-essiccati, perché i focolari di gassificazione sono autorefrigerati dai fumi e si trovano nella zona a temperatura di pirolisi il cui letto fluido protegge anche dal sovrastante irraggiamento; gli ugelli dell’ aria secondaria pur trovandosi in prossimità della combustione sono autorefrigerati dall’aria erogata. 4.1 The system can operate at high temperatures using fuels with high calorific value or completely pre-dried, because the gasification hearths are self-refrigerated by the fumes and are located in the pyrolysis temperature zone whose fluid bed also protects from the overlying radiation; even though the secondary air nozzles are close to the combustion, they are self-refrigerated by the delivered air.

4.2 migliori rendimenti di combustione, perché l’uso di combustibile secco non richiede all’interno del combustore energia termica per l’evaporazione dell’umidità residua; 4.3 tipo di bruciatore che richiede piccole quantità di combustibile, con possibilità di miglior controllo e governo del processo di combustione; 4.2 better combustion efficiency, because the use of dry fuel does not require thermal energy inside the combustor for the evaporation of residual moisture; 4.3 type of burner that requires small quantities of fuel, with the possibility of better control and management of the combustion process;

4.4 minima produzione di polveri al camino, dovuta alla separazione delle ceneri 4.4 minimum production of dust in the chimney, due to the separation of the ashes

in fase di pirolisi, ed al deposito cinetico delle ceneri volanti al postcombustore; 4.5 Recupero energetico dell’entalpia dei fumi ricircolati che verranno usati per la pirolisi, con conseguente aumento del rendimento termico del sistema; in the pyrolysis phase, and to the kinetic deposit of the fly ash to the afterburner; 4.5 Energy recovery of the enthalpy of the recirculated fumes that will be used for pyrolysis, with a consequent increase in the thermal efficiency of the system;

4.6 grande durata dei componenti metallici interni al combustore: 4.6 long life of the metal components inside the combustor:

4.6.1 fornello, terminale della eventuale coclea di adduzione combustibile, etc., perché operano a temperature basse (T di pirolisi) e sono protetti dall’ irraggiamento del combustore dal sovrastante letto fluido di pirolisi; 4.6.2 ugelli dell’aria secondaria di combustione perché posti al disotto del volume di combustione e perché refrigerati dall’ interno dal passaggio dei fumi a bassa temperatura; 4.6.1 stove, terminal of any fuel feed screw, etc., because they operate at low temperatures (pyrolysis T) and are protected from the radiation of the combustor by the overlying pyrolysis fluid bed; 4.6.2 secondary combustion air nozzles because they are placed below the combustion volume and because they are refrigerated from the inside by the passage of low temperature fumes;

4.7 Economie di costruzione rispetto ad altri sistemi a parità di potenza termica perché: 4.7 Construction savings compared to other systems with the same thermal power because:

4.7.1 Si ha un maggior rendimento di combustione dovuto all’introduzione di combustibile secco; 4.7.1 There is a greater combustion efficiency due to the introduction of dry fuel;

4.7.2 Si hanno minori volumi di costruzione perché vengono introdotte piccole quantità di combustibile che comportano ridotti volumi della camera di combustione e postcombustione; 4.7.2 There are lower construction volumes because small quantities of fuel are introduced which lead to reduced volumes of the combustion and post-combustion chamber;

4.7.3 Non esistono componenti metallici (es. griglie, coclee di adduzione, focolari vari, etc.) esposti direttamente alla combustione, e non vi sono organi meccanici complessi (es. griglie mobili, barrotti refrigerati, etc.); 4.7.3 There are no metal components (eg grills, feed augers, various fireplaces, etc.) directly exposed to combustion, and there are no complex mechanical components (eg mobile grills, refrigerated fire bars, etc.);

4.7.4 Si realizzano minori emissioni di polveri, con economia dei sistemi di filtrazione ed abbattimento interposti tra combustore e camino; 4.7.4 Lower dust emissions are achieved, with economy of the filtration and abatement systems interposed between the combustor and the chimney;

4.7.5 I sistemi di controllo sono semplificati e facilmente gestibili anche in asse elettrico. 4.7.5 The control systems are simplified and easily manageable even in the electrical axis.

Claims

PYROLYZER WITH BOILING FLUID BED WORKING WITH THE REUSE OF COMBUSTION FUMES E POSTCOMBUSTION OF SELF-PRODUCED SYNGAS CLAIMS Boiling fluid bed pyrolyzer working with the reuse of combustion and post-combustion fumes from self-produced syngas, for which the following claims are advanced: pyrolysis and gasification process obtained through the recirculation of the self-produced fumes by combustion of the syngas, taken from the chimney and from the afterburner, together with any sub-stoichiometric air, adequately mixed and finally placed inside one or more "fluid bed gasification hearths" better described in (3); internal partitions of the system consisting of a lower part comprising one or more gasification chambers; an upper part overlying the aforementioned gasification chambers constituted by the combustion zone; a part contiguous to the combustion area and separated by a septum constituting the post-combustion chamber. The system is put in depression by an extraction fan at the chimney. fluidized bed pyrolysis and gasification system, consisting of a special firebox comprising: 3.1 a concave bottom into which the fuel in small pieces (shredded, chips, pellets, etc.) is introduced (eg with screw conveyor or pusher); said bottom is equipped with slits / slotted nozzles for expelling burnt gases in overpressure; 3.2 a lower counter-wall of the bottom able to form a cavity into which the burnt gases are introduced under pressure, which, due to the geometry of the nozzles, make the fuel in chips / pellets float and mix on a fluid bed of burnt gases case back. 3.3. an internal volume just above the bottom in which pyrolysis takes place on a boiling fluid bed: there is pyrolysis (instead of combustion) because the environment in which the fuel is located is under-stoichiometric, and there is a fluid bed because the material in pyrolysis floats on overpressure gas coming out of the nozzles; 3.4. Maintenance and control of the endothermic pyrolysis process by: • the sensible heat of the fumes, • partial combustion due to the residual oxygen of the fumes and the addition and mixing of any other air under stoichiometric measurement; • the radiated heat of the overlying syngas combustion zone; • the reverberation of the combustor sky. The pyrolysis temperature will be kept strictly below the melting temperature of the ashes, to prevent melted ashes from entering the fumes. 4. ash separation effect due to fluid bed pyrolysis. Pyrolysis produces syngas and ashes which have a higher density than syngas and therefore fall back to the bottom. The geometry of the base and of the nozzles is such that the non-melted ashes are deposited on the sides of the hearth where they can be easily collected and evacuated (e.g. with hopper and extraction screw). 5. gasification chamber, containing the hearth (3) and the ash evacuation system (4) on the bottom. In the case of a single gasification chamber, it is confined perimeter by the three walls of the combustor and by the outlet septum of the burned gases, while in the case of higher thermal powers required and therefore in the case of several furnaces (3) with relative chambers (5) there is there will be several low intermediate separation walls that each determine a volume such as to contain the syngas produced by its own hearth (3), with a volume determined by the retention time necessary for complete pyrolysis of the biomass introduced into the hearth. All the perimeter and bottom confinements of the gasification chamber are made of refractory material, the upper one is instead an ideal horizontal plane consisting of a laminar layer of air obtained with a system of laminar / radial emission nozzles. This layer supplies in excess all the stoichiometric oxygen necessary for combustion and is crossed by the syngas that rises from the gasification chamber, recalled by the final extraction fan. 6. combustion chamber, in which the syngas, due to its own temperature and the stoichiometric oxygen supply from the laminar layer that delimits the gasification chamber (5) above, starts combustion, burning for the entire retention time necessary to carry out complete combustion. After the retention time determined by the volume of the combustion chamber, the burned gases are recalled through a passage septum into the adjacent post-combustion chamber by means of a downstream extraction fan. As they cross the reduced section (free light of the septum) they abruptly increase in speed. 7 post-combustion chamber, in which the previously accelerated gases encounter a greater cross section and therefore slow down abruptly, depositing any residual fly ash on the bottom hopper due to kinetic effect, which will be evacuated. More secondary air is introduced into the afterburner chamber to burn any CO still present in the flue gases. After the necessary retention time, determined by the volume of the post-combustion chamber itself, the gases are recalled by the downstream extraction fan. combustion fumes recovery and recirculation system which provides: 8.5 take clean low temperature fumes from the chimney using the extraction fan; 8.6 extracting high temperature fumes from the afterburner chamber using an ejector powered by the recirculation fan, in the quantity determined by the adjustment of the ejector nozzle diaphragm; 8.7 take any external air through a modulating air intake and mix it with the fumes; 8.8 dose the relative masses (8.1, 8.2, 8.3) which will determine the flow rate, temperature and% 02, in order to send the gas mixture thus obtained to the pyrolysis stove, in the pre-established quantity, temperature and pressure and with the overall characteristics required by the pyrolysis process.