NL1030521C2 - Poederkool verbrandingsreactor. - Google Patents

Description

|

Poederkool verbrandingsreactor

De uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsreactor die in staat is poederkool te verbranden met het hoogst mogelijke verbrandingsrendement,namelijk 99,999%.

5 De bestaande poederkoolbranders hebben een laag verbrandingsrendement. Dit betekent dat de kolen niet voor 100% wordt verbrand maar veel lager en het verbrandingsprodukt is niet alleen C02 (voorzover het koolstof betreft). Meestal produceren deze branders ook aanzienlijke hoeveelheden koolmonoxide en vrije koolstof.

10 De vergelijking in aanmerking nemend: CO? % V_= CE

C02%V + CO%V

is het verbrandingsrendement (CE=Combustion Efficiency) eenvoudig te bepalen. Wanneer het verbrandingsrendement niet gelijk is aan 1 (100%) dan is de C02 emissie niet maximaal zoals gewenst. Totale C02 reductie zal alleen plaatsvinden als het verbrandingsrendement 15 maximaal is.

CO is een giftig component, gevaarlijk voor mensen en het zou in de rookgas emissie niet hoger mogen zijn dan 50 mg/Nm3, onafhankelijk van wat er wordt verbrand. CO afkomstig van steenkool is niet minder giftig dan de ontwikkelde CO tijdens het verbranden van huishoudafval of andere afvalstoffen.

20 Vrije koolstof in de rookgas betekent hetzelfde, namelijk slecht verbrandingsrendement. In sommige toepassingen, zoals stoomketels van kolencentrales, wordt de steenkool gemengd met biomassa’s, zoals papierslib, snoeihout, compost, etc, hetgeen een groot emissieprobleem genereert. De schoorsteen emissies die we aantreffen, meestal, naast CO en stofdeeltjes, zijn HCN, NOx, N02 en als de steenkool is gemengd met afval, zullen ook 25 dioxines aanwezig zijn (in het rookkanaal).

Deze reactor ontwikkelt een vuurstraal met veel kinetische energie, die geschikt is om de toxische moleculen te ontleden en de brandstofmoleculen in goede verbrandingsprodukten (C02, H20, S02) te oxideren. De (vlam) straal zal subsonisch zijn, maar snel genoeg om een hoge convectie te produceren in direct gestookte vuurhaarden.

30 Deze vinding “de poederkool verbrandingsreactor" is ontwikkeld met het doel om de bestaande poederkoolbranders te vervangen, voornamelijk bij poederkoolgestookte elektriciteitcentrales

De reactor is opgebouwd uit een verbrandingskamer, een isotropische uitlaat nozzle, een poederkool en verbrandingslucht voedingssysteem en een aardgas injector compleet 35 met ontsteker. De buitenschaal “item A” bestaat uit twee conussen met een cilindrische mantel ertussen. Er zijn twee flensaansluitingen op de cilinder gelast, de inlaat voor het mengsel van poederkool en primaire lucht en voor de luchtovermaat. De conus aan de 1 0305 2 1_ 2 tegenoverliggende kant van de uitlaat nozzle bevat de pilotbrander en deze bevat op het uiteinde het aardgaspijpstuk die in de verbrandingskamer uitkomt. De verbrandingskamer “item B” bestaat uit een cilinder en een conus die is voorzien van een hoeveelheid gaten welke dienen als hoofd inlaatlucht en een aantal rechthoekige openingen (in het cilindrische 5 vlak) welke dienen als inlaat voor het mengsel van poederkool en primaire lucht. De nozzle “item F” bestaat uit een conisch gedeelte uitlopend op een cilindrisch deel met een kleine diameter. Deze nozzle zorgt voor subsonische straalsnelheden.

De poederkool en primaire lucht komen de verbrandingskamer binnen via de eerder genoemde rechthoekige openingen, de inlaten zijn voorzien van kleine deflectors “item D” 10 die de flow tangentiaal de binnenkamer van het cilindrische deel van de verbrandingskamer instuwen. Het aantal van deze inlaten is minimaal 4, afhankelijk van de afmetingen van de verbrandingskamer.

Er wordt slechts een lage druk gebruikt om het poederkool-luchtmengsel in te blazen.

Het cilindrische deel van de verbrandingskamer “item B” loopt door tot aan de uitlaat 15 nozzle voorzien van een hoeveelheid radiaal geboorde gaatjes die het voor de luchtstroom mogelijk maakt om in de verbrandingskamer te komen (als secundaire lucht). Het conisch gedeelte van de nozzle is ook voorzien van een hoeveelheid geboorde gaatjes loodrecht ten opzichte van het oppervlak en radiaal in de richting van de cirkel waar beide middelpunten samenkomen (een aantal rijen van deze gaatjes zijn voorzien).

20 Het conisch gedeelte aan de andere kant van de verbrandingskamer is ook voorzien van gelijksoortige gaaljes, echter in tegengestelde richting. In deze conus is de ontsteker geplaatst (een intermitterende pilot, een kleine gas verbrandingsreactor zoals beschreven in US patent 4.708.637). Aan het einde van deze conus is een gas header geplaatst welke is voorzien van een hoeveelheid gaatjes in de voorplaat. Deze gaatjes zijn in één of twee 25 cirkels geboord, concentrisch met de buitendiameter van de header en gericht naar de binnendiameter van het cilindrisch gedeelte van de verbrandingskamer.

Het gas (aardgas of ander gas) dat door deze gaatjes wordt geblazen is bedoeld om de ontbranding van het poederkoolmengsel in te leiden zodat het een ontbrandingstemperatuur zone onderhoud.

30 Nadat de poederkool is ontstoken zullen de doorgebrande deeltjes eerst aan de binnenomtrek van de verbrandingskamer voortbewegen en warmte absorberen van de verbrandingskamerwand (stralingswarmte). De ringvormige route van de deeltjes zorgt voor een langere verblijftijd. Uit deze wervelzone gekomen, komen de brandende deeltjes verse/secundaire lucht uit tegenovergestelde richting van de uitlaat nozzle tegen, loodrecht 35 op de stuwrichting van de gegenereerde vlam en verbrandingsgassen. Door het inmengen van deze tegengestelde luchtstroom wordt het verbrandingsproces vertraagd en neemt de snelheid van de brandende deeltjes af, waardoor de verblijftijd toeneemt.

10305 ? 1_ 3

Het cilindrisch gedeelte van de nozzle is niet gekoeld en roodgloeiend. De brownian movement van alle deeltjes zorgt ervoor dat ze deze hete wand raken en dus nog extra warmte en reactie snelheden opdoen (collision momentums).

Deze reactor is een getrapte verbrander aangezien de secundaire lucht in diverse zones 5 is verdeeld. De verbrandingskamer en de nozzle zijn isotropisch en de resulterende vuurstraal is subsonisch.

1 0305 2 1

Claims (9)

1. Een verbrandingsreactor, die in staat is poederkool te verbranden, met het kenmerk, dat het hoogst mogelijke verbrandingsrendement, namelijk 99,999% wordt gehaald.

2. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een vuurstraal wordt ontwikkeld met veel kinetische energie, die geschikt is om de toxische moleculen te ontleden en de brandstofmoleculen in goede verbrandingsprodukten (C02, H20, S02) te oxideren.

3. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vuurstraal 10 subsonisch zal zijn, snel genoeg om een hoge convectie te produceren in direct gestookte vuurhaarden.

4. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een groot aandeel water ontleed kan worden en in de laatste fase van de reactor binnenin de vuurstraal met een hoge kinetische energie weer samen worden gevoegd.

5. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de poederkool en primaire lucht de verbrandingskamer binnenkomen via een aantal rechthoekige openingen voorzien van kleine deflectors (zie item “D").

6. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de conus van de verbrandingskamer (achterkant van de kamer) zodanig is geboord dat de openingen haaks 20 op de conus staan en aldus de gasstromen naarde hartlijn van de reactor leiden, richting de nozzle.

7. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de conus van de nozzle (item “F") zodanig is geboord dat de gasstromen door de openingen radiaal, achteruit gericht, richting de hartlijn van de reactor gaan.

8. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gas header is voorzien van een aantal cirkelvormige ringen met gaatjes die conische gasstromen sproeien van schone brandstof welke zich zal mengen met de poederkool en primaire lucht.

9. Een verbrandingsreactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gas (schone brandstof) verbranding plaatsvindt aan de achterkant van de reactorkamer en aldus warmte 30 overbrengt op de kooldeeltjes om de ontstekingstemperatuur te bereiken. 1 0305? 1_