NL7908844A - Werkwijze en inrichting voor het regelen van een stelsel voor verbranding in vochtige toestand. - Google Patents

Description

LS 874-191 * 5«·- P & C ^ f ' Werkwijze en inrichting voor het regelen van een stelsel voor verbranding in vochtige toestand.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het uitvoeren van verbranding in vochtige toestand.

Bij gebruikelijke oxidatie met vochtige lucht wordt een oxideerbare bestanddelen bevattende vloeistof gecombineerd met een zuurstofhoudend gas, 5 bijvoorbeeld lucht, en het mengsel wordt door een voorverhitting in een warmte-uitwisselaar en door de bij de oxidatie vrijkomende energie op verhoogde temperaturen gebracht. Het effluent, dat damp en/of vloeistof kan zijn, kan als bron voor de voorverhitting dienen.

Systemen voor vochtige oxidatie met lucht zijn in representatieve ge-10 vallen ontworpen om bij een constante reactortemperatuur te werken.

Als de concentratie van oxideerbaar materiaal in de binnenstromende vloeistof toeneemt, wat te meten is aan de hand van de chemische zuurstof-behoefte (COD), leidt een verdere oxidatie tot een grotere warmte-ontwikke-ling en een temperatuurstijging van het effluent. Bij gebruikelijke warmte-15 terugwinning weerspiegelt zich de verhoogde temperatuur van het effluent in een verhoogde temperatuur van het binnenstromende materiaal, waardoor de verstoring van de constante toestand nog verergerd wordt.

Wanneer anderzijds de COD van de binnenstromende vloeistof afneemt, vermindert de af genomen warmte-ontwikkeling de beschikbare energie voor 20 uitwisseling bij de voorverhitting, waardoor de temperatuursdaling nog verder verergerd wordt.

Bij een oxidatiesysteem met vochtige lucht, waarbij een warmte-uitwisselaar voor de voorverhitting met een vaste oppervlakte, aanwezig is en waarbij binnenstromende vloeistof verwerkt wordt met variabele COD en ver-25 vuilingsneiging, is een middel nodig voor het regelen van de voorverhitting over een ruim. traject van bedrijf en van vervuiling om schadelijke afwijkingen van de reactortemperatuur te voorkomen.

Het Amerikaanse octrooischrift 2.903.425 beschrijft een werkwijze voor het regelen van de continue oxidatie met vochtige lucht van een wate-30 rige dispersie van brandbaar materiaal. Een luchtstroom in overmaat ten opzichte van de stoechiometrisch vereiste hoeveelheid voor de verbranding verdampt het oplosmiddelhoudende waterige medium tot grenzen, die worden bepaald door de temperatuur en de partiële dampdruk en concentreert de binnenstromende vloeistof tot de minimale kalorische waarde, die nodig is 35 voor het onderhouden van een autogene verbranding. De gewenste begintemperatuur wordt verkregen door een geregelde warmte-uitwisseling van de binnenstromende vloeistof met het effluent van de reactor. Het nadeel van dit 7908844

V

J- - : - 2 - systeem is de nauwkeurige instelling van effluent, die. naar de warmte-uitwisseling met de binnenstromende vloeistof wordt geleid; als deze regeling niet goed is, leidt dit tot polymerisatie van de vloeistof en verstopping of "dichtslibben" van de warmte-uitwisselaar, zoals vermeld wordt 5 in het Amerikaanse octrooischrift 3.907.678.

Dit Amerikaanse octrooischrift 3.907.678 beschrijft een regeling van de lucht vóór de door warmte-uitwisseling uitgevoerde voorverhitting, ten einde polymerisatie te verminderen, maar dit octrooischrift leert tevens, dat een dergelijke regeling de temperatuurgradiënt van de voorverhittings-10 uitwisselaar wijzigt en de mate van voorverhitting beïnvloedt. De spontaniteit van de regeling, dat wil zeggen het vermogen de regeling acuut aan te passen als responsie op een wijziging' in de oxidatiebehoefte van de vloeistof, is hierbij onbevredigend, evenals bij het hierboven genoemde andere octrooischrift.

15 Het Amerikaanse octrooischrift 4.013.560 beschrijft een derde methode voor het regelen van de mate van warmte-uitwisseling tussen het effluent van de reactor en de binnenstromende vloeistof. Op cyclische wijze wordt de afgekoelde reactordamp, die naar de expandeer-generatorinstallatie voor het terugwinnen van energie wordt gevoerd, aan een warmte-uitwisseling onder-20 worpen met heet effluent van de reactor, het daarna afgekoelde reactor-effluent wordt aan warmte-uitwisseling onderworpen met de naar de reactor stromende vloeistof, de damp- en vloeistoffasen worden gescheiden en de damp wordt door een smoorklep gevoerd, waarna water geïnjecteerd wordt en weer verhit wordt en warmte wordt afgevoerd om energie te winnen.

25 De uitvinding verschaft een werkwijze voor het regelen van de werking van een vochtig verbrandingssysteem, waarbij men vloeistof, die oxideerbaar materiaal bevat, mengt met een zuurstofhoudend gas, de vloeistof in een . reactor oxideert, effluent van de reactor verwijdert en dit effluent naar een stoomketel leidt, waaraan voedingswater wordt toegevoerd, uit dit voe-30 dingswater stoom opwekt door warmte-uitwisseling met het effluent, resterende energie uit het de stoomketel verlatende effluent wint door een verdere warmte-uitwisseling en de druk van de stoom, die de ketel verlaat, met behulp van een drukregelventiel regelt, waarbij het regelventiel geregeld wordt door een temperatuuropnemer, die de temperatuur van de vloeistof op 35 een punt vóór de stoomketel opneemt, welke temperatuuropnemer het drukregelventiel automatisch regelt, ten einde de hoeveelheid warmte te regelen, die door de stoomketel wordt onttrokken.

De uitvinding verschaft tevens een inrichting voor de vochtige verbranding, bevattende een reactor, die geschikt is voor het oxideren van 7908844 te - 3 - een mengsel van vloeistof met zuurstofhoudend gas, een inlaat voor het invoeren van vloeistof en zuurstofhoudend gas in de reactor, middelen voor het transporteren van het reactoreffluent uit de reactor naar een stoomketel, middelen voor het aanvoeren van voedingswater naar de stoomketel, 5 welke stoomketel geschikt is om het voedingswater te koken door warmte-uitwisseling met het effluent van de reactor, een afvoerleiding uit de stoomketel voor de daarin opgewekte stoom, een drukregelventiel in de afvoerleiding, welk drukregelventiel gekoppeld is aan en geregeld wordt door een temperatuuropnemer, die de temperatuur opneemt van de vloeistof, die 10 vóór de stoomketel door de inrichting stroomt, en middelen voor het winnen van resterende energie uit het effluent van de stoomketel, waarbij het drukregelventiel automatisch geregeld wordt door de temperatuuropnemer, ten einde de hoeveelheid warmte, die door de stoomketel wordt weggenomen, automatisch te regelen.

15 Volgens de uitvinding regelt men de mate van voorverhitting door auto- regulatie van de temperatuurgradiënt van de voorverhitting. Het effluent, dat uit de reactor komt, wordt aan een warmte-uitwisseling onderworpen met een stoomketel, ten einde stoom op te wekken van een druk, die bepaald wordt door een drukregelventiel (PCV), dat elektromechanisch (opnemer-respondeer-20 inrichting) gekoppeld is aan de processtroom, welke bij voorkeur de naar de reactor stromende vloeistof is. De temperatuur van de stoom is een functie van de druk van de stoom. De mate van koeling, die in de stoomketel teweeg wordt gebracht, dat wil zeggen de hoeveelheid warmte, die uit het reactoreffluent verwijderd wordt, is een functie van de temperatuur van de 25 opgewekte stoom. Anders gezegd treedt naarmate de stoomtemperatuur hoger is, minder afkoeling van het reactoreffluent in de stoomketel op en omgekeerd. Zodoende verschaft een regeling van de stoomdruk ook een regeling van de afkoeling van het reactoreffluent. Wanneer men, zoals gebruikelijk is, het gedeeltelijk gekoelde effluent, dat de stoomketel verlaat, door 30 een warmte-uitwisseling voert, waar het de binnenstromende vloeistof voorverhit, beheerst de temperatuur van het afgekoelde effluent de mate van voorverhitting van de binnenstromende vloeistof, dat wil zeggen naarmate het af gekoelde effluent heter is, treedt meer voorverhitting van de binnenstromende vloeistof op en omgekeerd. Als de temperatuur van de binnenstro-35 mende vloeistof de neiging heeft te stijgen, wat op een overmatige voorverhitting wijst, veroorzaakt de temperatuuropnemer een afname van de stoomdruk en zodoende van de stoomtemperatuur, waardoor een sterkere afkoeling van het effluent optreedt en derhalve minder voorverhitting van de binnenstromende vloeistof, zodat de temperatuur van de binnenstromende vloeistof 7908344

J

- 4 - weer teruggebracht wordt op het regelpunt. Men verkrijgt zo een. werking onder constante toestand.

De bijgevoegde tekening geeft specifieke uitvoeringsvormen van de uitvinding weer, waarbij fig. 1 en 2 schema's zijn, die de toepassing van 5 de uitvinding tonen voor het regelen van de temperatuur van de binnenstromende vloeistof en onderling slechts verschillen in de fase van het materiaal van het effluent, dat aan de warmte-uitwisseling onderworpen wordt.

Fig. 1 geeft schematisch het mengen van vloeistof van kamertempera-10 tuur en lucht weer bij 16, welk mengsel het medium is, dat een warmte-uitwisselaar 14 voor de voörverhitting binnenstroomt? het mengsel komt hieruit met een hogere temperatuur, die bij 12 wordt opgenomen en stroomt naar een reactor 10, waar de oxidatie van de vloeistof voltooid wordt. Het effluent 18, dat zowel damp als condensaat bevat, stroomt uit de reactor 15 en wordt aan een warmte-uitwisseling onderworpen met voedingswater 22, dat continu naar een stoomketel 20 wordt gevoerd, die stoom 24 opwekt onder een druk, die bepaald wordt door de instelling van een drukregelventiel (PCV) 26, dat gekoppeld is, bijvoorbeeld door een leiding 28 en op zichzelf bekende elektromechanische middelen, aan het naar de reactor stromende medium 20 12. Hoe hoger de druk van de stoom in de stoomketel en derhalve hoe hoger de stoomtemperatuur is, des te geringer is de temperatuurgradiënt tussen het effluent van de reactor en de stoom van de stoomketel, en des te meer warmte van hoge temperatuur is beschikbaar voor de warmte-uitwisseling voor de voorverhitting. Als een hogere temperatuur bij de voorverhitting ge-25 wenst wordt dan wordt afgetast bij 12, wordt het PCV 26 zo ingesteld, dat de druk van de stoom in de stoomketel verhoogd wordt, waardoor de warmte-uitwisseling tussen stoomketel en reactoreffluent nog verder verminderd wordt. Als echter een lagere temperatuur voor het binnenstromende mengsel gewenst wordt dan wordt opgenomen bij 12, wordt het PCV 26 zo ingesteld, 30 dat het de stoomdruk in de stoomketel en derhalve de stoomtemperatuur verlaagt, waardoor de temperatuurgradiënt tussen het effluent van de reactor . en de stoom in de stoomketel verhoogd wordt, zodat meer warmte naar de stoomketel wordt overgedragen en warmte van lage temperatuur verkregen wordt voor uitwisseling in de warmte-uitwisselaar 14 met het binnenstromen-35: de mengsel 16. Hierdoor wordt de temperatuur van het binnenstromende meng sel verlaagd. Het reactoreffluent stroomt via een leiding 30 uit de warmte-uitwisselaar voor de voorverhitting.

Het schema voor oxidatie met vochtige lucht, waarbij het reactoreffluent aan warmte-uitwisseling onderworpen wordt zonder voorafgaande 7908844 % - 5 - scheiding tussen damp en vloeistof, wordt voorgesteld voor toepassing in het geval dat het gehalte aan brandbaar materiaal in de binnenstromende vloeistof laag is. Als de concentratie van brandbaar materiaal in de binnenstromende vloeistof hoger is, wordt door de verbrandingswarmte een aan-5 zienlijk deel van de vloeistof in de reactor verdampt, zodat men uitsluitend het dampgedeelte aan warmte-uitwisseling kan onderwerpen, als weergegeven in fig. 2. De grote voordelen van een dergelijke damp-vloeistofscheiding zijn de vermindering in de afzetting van ketelsteen en derhalve van de vervuiling van de warmte-uitwisselaar, die veroorzaakt wordt door de 10 warmte-uitwisseling van de vloeistof in het reactoreffluent (dit is het onderwerp van Amerikaans octrooischrift 3.647.687 en behoeft hier niet verder besproken te worden), het isoleren van de overwegende hoeveelheid warmte, die bij de oxidatie met vochtige lucht is opgewekt, in de vorm van een damp, die geschikt is voor de daaropvolgende terugwinning van 15 energie, en de concentratie van de vloeibare effluentstroom van zoutoplossing, die het meest geschikt is voor isolering en winning van de anorganische materialen, die bij de·verbranding gevormd zijn, bijvoorbeeld bij de verbranding van afvalgas van cokesovens ter verkrijging van een ammonium-sulf aatoplossing.

20 Pig. 2 toont een overeenkomstige inrichting volgens de uitvinding als in fig. 1, waarin echter uitsluitend het dampgedeelte van het reactoreffluent de warmte-uitwisseling ondergaat. Fig. 2 toont weer schematisch het mengen van vloeistof van omgevingstemperatuur en lucht tot het mengsel, dat de warmte-uitwisselaar 14 voor de voorverhitting binnenstroomt, waar-25 uit het mengsel weer met een hogere temperatuur naar buiten treedt, welke temperatuur wordt af getast voordat het mengsel in de reactor 10 geoxideerd wordt. De geoxideerde vloeistof wordt bij het uittree-einde 32 van de reactor van de damp gescheiden en af gevoerd naar een naar keuze te bepalen, voordelige inrichting voor verdere verwerking of afvalverwijdering. Het 30 dampvormige reactoreffluent wordt daarna aan een warmte-uitwisseling onderworpen met voedingswater, dat continu naar de stoomketel 20 wordt gevoerd, waarin stoom wordt opgewekt onder een druk, die bepaald wordt door het PCV 26, dat gekoppeld is, bijvoorbeeld bij 28, aan het naar de reactor gevoerde mengsel. Zoals reeds besproken aan de hand van fig. 1, verschaft een mini-35 male uitwisseling na de verhitting een maximale uitwisseling bij de voorverhitting en een hogere temperatuur van het de reactor binnenstromende mengsel, en omgekeerd. De mate van uitwisseling bij de voorverhitting hangt samen met de mate van de latere warmte-uitwisseling, die op zijn beurt samenhangt met de zelf-terugkoppeling van de temperatuuraftasting van de bin- 7908844 / <r - 6 - nenstromende vloeistof, welke aflezing weer in verbinding staat met het PCV, dat de latere warmte-uitwisseling van stoom in de stoomketel en effluent regelt.

7908844

Claims (7)

1. Werkwijze voor het regelen van de werking van een vochtig verbran-dingsstelsel, waarbij men vloeistof, die oxideerbaar materiaal bevat, mengt met een zuurstofhoudend gas, de vloeistof in een reactor oxideert, 5 effluent uit de reactor verwijdert en dit naar een stoomketel voert, waarin voedingswater wordt aangevoerd, stoom uit het voedingswater opwekt door warmte-uitwisseling met het effluent en resterende energie uit het de stoomketel verlatende effluent terugwint door een verdere warmte-uitwisseling, met het kenmerk, dat men de druk van de stoom, die de stoomketel verlaat, 10 regelt met behulp van een drukregelventiel, dat op zijn beurt geregeld wordt door een temperatuuropnemer, die de temperatuur van de vloeistof opneemt op een punt vóór de stoomketel, welke temperatuuropnemer automatisch het drukregelventiel regelt, zodat de hoeveelheid warmte, die door de stoomketel wordt af gevoerd, geregeld wordt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de temperatuur opnemer de temperatuur van de vloeistof opneemt alvorens deze de reactor binnentreedt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de warmte-uitwisseling van de resterende energie in het effluent uit de stoomketel 20 teweeg wordt gebracht door warmte-uitwisseling met de vloeistof alvorens deze de reactor binnentreedt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de temperatuur van de vloeistof wordt opgenomen nadat deze de warmte-uitwisseling heeft ondergaan met het effluent van de stoomketel, maar alvorens de vloeistof 25 de reactor binnentreedt.

5. Inrichting voor vochtige verbranding, bevattende een reactor, die geschikt is voor het oxideren van vloeistof, die gemengd is met een zuurstofhoudend gas, een inlaat voor het toevoeren van vloeistof en zuurstofhoudend gas aan de reactor, middelen voor het af voeren van het reactor- 30 effluent uit de reactor naar een stoomketel, middelen voor het aanvoeren van voedingswater naar de stoomketel, welke stoomketel geschikt is om het voedingswater te koken door warmte-uitwisseling met het effluent van de reactor, en een afvoerleiding van de stoomketel voor de daarin opgewekte stoom, gekenmerkt door een drukregelventiel in deze afvoerleiding, dat ge- 35 koppeld is aan en geregeld wordt door een temperatuuropnemer, die de temperatuur opneemt van vloeistof, die door de inrichting stroomt vóór de stoomketel, benevens middelen voor het terugwinnen van resterende energie uit het effluent van de stoomketel, waarbij het drukregelventiel automatisch geregeld wordt door de temperatuuropnemer, ten einde automatisch de 7908844 - 8 - sr t hoeveelheid warmte,.die door' de. stoomketel verwijderd wordt, te regelen.

6. Inrichting voor vochtige verbranding'volgens conclusie 5 , met het kenmerk, dat de middelen voor.het terugwinnen van warmte uit het effluent van de stoomketel gevormd worden door een warmte-uitwisselaar voor de voor- 5 verhitting, waardoor de vloeistof loopt alvorens de reactor binnen te treden.

7. Inrichting voor vochtige verbranding volgens conclusie 5 of 6, gekenmerkt door een vloeistof-dampseparator voor het scheiden van het effluent uit de reactor alvorens dit uit de reactor naar de stoomketel stroomt. f 7908844