NL9301828A - Werkwijze en inrichting voor het verbranden van vaste brandstof. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor het verbranden van vaste brandstof

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een compacte inrichting voor het verbranden van vaste brandstof.

Vaste brandstof, zoals kool, turf, petroleum-cokes en biomassa, bevat in het algemeen zwavel- en stikstofverbindingen. Bij verbranding van die brandstof, bijvoorbeeld voor het produceren van thermische energie of elektriciteit, kunnen derhalve schadelijke stoffen zoals SO2, N0X (een verzamelterm voor NO en NO2), N2O, e.d. vrijkomen. N0X kan ook gevormd worden bij verbranding bij hoge temperatuur. Genoemde schadelijke stoffen zullen als verontreiniging worden afgegeven aan het milieu.

De voornaamste verbrandingsproducten van zwavel-bevattende stoffen zijn SO2 en SO3 (aangeduid als S0X). De voornaamste verbrandingsproducten van stikstof-bevattende stoffen zijn N0X en N2O, terwijl moleculair stikstof (N2) kan vrijkomen wanneer de brandstof stikstofgas bevat. Al de genoemde stoffen, met uitzondering van de laatstgenoemde, zijn schadelijk en derhalve onacceptabel voor het milieu.

Uit milieu- en gezondheidsoverwegingen is het dus gewenst om de emissie van genoemde schadelijke stoffen te minimaliseren, en in de techniek zijn hiertoe reeds maatregelen voorgesteld zoals het behandelen van de uitlaatgassen of modificaties van het verbrandingsproces.

Zo is het bijvoorbeeld bekend om de verbranding van een vaste brandstof te laten plaatsvinden in een gefluïdiseerd bed ("fluidized bed combustor", FBC) teneinde de hoeveelheid bij de verbranding vrijkomende verontreinigingen zoals SO2, N0X e.d. te verminderen. Vanwege de lage verbrandingstemperatuur (typisch in de orde van 800 - 900 °C) is de vorming van NOx ten gevolge van thermische oxydatie van in de verbrandingslucht aanwezige stikstof verwaarloosbaar, terwijl de hoge belading van de vaste fase in de verbrandingsoven de mate waarin N0X wordt gevormd uit stikstof-bevattende brandstoffen, vermindert.

Gebleken is echter, dat in een FBC de N20-emissie hoger is dan in een andere verbrandingsmodus vanwege de lagere verbrandingstemperatuur.

Voor een verdere vermindering van de NOx-emissie bij een FBC is het bekend om een zogenaamde "getrapte verbranding" toe te passen. Bij deze techniek vindt de verbranding plaats in twee stappen. In de eerste stap wordt een sub-stoichiometrische hoeveelheid lucht toegevoerd aan de bodem van het bed, zodat er zich reducerende condities instellen waardoor de NOx-productie voor een belangrijk deel onderdrukt kan worden. In de tweede stap wordt extra lucht toegevoerd op enige afstand van de bodem van het bed teneinde oxyderende condities in te stellen waarbij de resterende brandstof geheel verbrand kan worden, terwijl de in de eerste trap gevormde N2 niet weer tot N0X geoxydeerd zal worden dank zij de lage verbrandingstemperatuur.

Met betrekking tot zwavel is het gebruikelijk om kalksteen of dolomiet als zwavelvangende stof toe te voegen aan de brandstof teneinde zwavel in situ vast te houden. Onder normale verbrandingscondities vindt de zwavelvangst plaats volgens de volgende reactievergelijkingen:

calcinatie: (1) zwavelvangst: (2) (3)

In de bovenstaande formules wordt met (s) de vaste-stoffase en met (g) de gasfase aangeduid.

In het hiernavolgende zal ter wille van de eenvoud de term "kool" worden gebruikt voor het aanduiden van een willekeurige geschikte vaste brandstof, zoals bijvoorbeeld kolen, turf, petroleum-cokes en biomassa. Evenzo zal ter wille van de eenvoud de term "oxydator" worden gebruikt voor het aanduiden van een willekeurig geschikt oxyderend gas, zoals bijvoorbeeld stoom, lucht, zuurstof, of een mengsel daarvan. Voorts zal ter wille van de eenvoud de term "sorbent" worden gebruikt voor het aanduiden van een willekeurige geschikte zwavelvangende stof.

Een algemeen doel van de onderhavige uitvinding is een verdergaande vermindering te bereiken van de hoeveelheid schadelijke stoffen in de uitlaatgassen van het verbrandingsproces. Een probleem daarbij is, dat de emissies van SO2 en N0X met elkaar gerelateerd zijn. In de eerste plaats is gebleken, dat de introductie van sorbents ten behoeve van zwavelvangst een negatieve invloed heeft op de NOx-emissie. Nadat kool wordt toegevoegd aan het bed, zullen er snel vluchtige stoffen vrijkomen. Deze vluchtige stoffen bevatten stikstofhoudende tussenproducten zoals NH3 en HCN, hetgeen bekende precursors zijn voor NO en N2O. De sorbents zijn actieve katalysatoren voor het omzetten van deze vluchtige stikstofhoudende stoffen naar NO.

De onderhavige uitvinding beoogt daarom in het bijzonder om een verbrandingsproces te verschaffen waarbij de zwavelvangst niet nadelig werkt op de vermindering van de NOx-emissie.

Om de ΝΟχ-emissie door een FBC verder terug te dringen, is reeds voorgesteld om NH3 en/of ureum te injecteren in het bovenste deel van het bed of de cycloon van een FBC. Een nadeel hiervan is echter, dat extra NH3 en/of ureum als grondstof benodigd is, en dat voorzien moet worden in de benodigde apparatuur.

Het is derhalve in het bijzonder een doel van de onderhavige uitvinding om een verbrandings-proces te verschaffen waarvan de uitlaatgassen een aanzienlijk verminderde hoeveelheid N0X bevatten. Daarenboven beoogt de uitvinding dit doel te bereiken met betrekkelijk eenvoudige middelen, in het bijzonder zonder het toevoegen van extra stoffen. Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door een nuttig gebruik te maken van in het verbrandingsbed gegenereerde NH3.

In de tweede plaats ondervinden de sorbent-deeltjes bij de bekende getrapte verbranding afwisselend oxyderende en reducerende condities. Onder oxyderende condities zal de zwavelvangst plaatsvinden volgens de reactie-vergelijkingen (2) en (3). Onder reducerende condities, daarentegen, zullen de zwavel-bevattende stoffen in de kool H2S of COS produceren, en zal de zwavelvangst plaatsvinden volgens de reactie-vergeli jkingen

(4) (5)

Op zich is de zwavelvangst volgens de genoemde reacties betrekkelijk efficiënt. Wanneer de reactie-condities wisselen, vinden er echter meer reacties plaats. Bijvoorbeeld, wanneer de sorbent-deeltjes zich verplaatsen van oxyderende naar reducerende condities, kan (half)gesulfeerde sorbent worden ontleed volgens de reactie-vergelijking

(6)

Wanneer de sorbent-deeltjes zich verplaatsen van reducerende naar oxyderende condities, kunnen de volgende

reacties ηη1·τρΗρη ? (7) (8)

Onder wisselende reactie-condities is derhalve de zwavelvangst minder efficiënt. De bekende methode van getrapte verbranding is daarom behept met het nadeel van een minder efficiënte zwavelvangst, hetgeen in het bijzonder speelt bij relatief hoge temperaturen (hoger dan 850 °C) omdat bij een hoge temperatuur de reacties (6) en (7) overheersen.

Het is derhalve een bijzonder doel van de onderhavige uitvinding om een verbrandingsproces te verschaffen waarbij de emissies van NOx en N2O zijn verlaagd zonder dat de efficiency van de zwavelvangst is verminderd. Meer in het bijzonder is het een doel van de onderhavige uitvinding om een sorbent voor de zwavelvangst zodanig te gebruiken, dat deze geen negatieve maar juist een positieve invloed heeft op de NOx-emissie.

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat het mogelijk is om althans een deel van de in de vaste brandstof aanwezige hoeveelheid stikstof om te zetten in NH3, en dat het voorts mogelijk is om deze uit de brandstof zelf gevormde NH3 nuttig te gebruiken voor een vermindering van de hoeveelheid schadelijke stoffen, in het bijzonder N0X, na het aansluitende verbrandingsproces van de brandstof.

Volgens de uitvinding wordt derhalve in een eerste stap NH3 in situ vrijgemaakt uit de brandstof, bij voorkeur door de brandstof althans ten dele te vergassen; worden in een tweede stap de overblijvende vaste bestanddelen verbrand, bij voorkeur onder oxyderende condities, in een verbrandingsproces dat een conventioneel verbrandingsproces kan zijn; en laat men in een derde stap de bij de eerste stap vrijgemaakte NH3 reageren met de bij de tweede stap vrijkomende gasproducten.

Het in de eerste stap vrijmaken van NH3 kan bijvoorbeeld gebeuren door verhitting onder sterk reducerende condities, zoals in een vergasser. Hierbij zal meer dan de helft van de uit de kool vrijgemaakte stikstof worden verschaft in de vorm van N2, terwijl de overige stikstofhoudende componenten voornamelijk HCN en NH3 zullen zijn; er zal slechts bijzonder weinig N0X worden gevormd. De werkwijze volgens de uitvinding biedt een bijzonder voordeel in het geval dat aan de brandstof een sorbent zoals kalksteen wordt toegevoegd voor het invangen van uit de brandstof vrijkomende zwavel, meer in het bijzonder wanneer de sorbent wordt toegevoerd in de eerste stap, omdat CaO een effectieve katalysator is voor de omzetting van HCN naar NH3 onder reducerende condities. Volgens de uitvinding is de sorbent dan niet alleen werkzaam als zwavelvangende stof maar ook ter bevordering van de vorming van NH3.

Aangezien, voorafgaande aan de eigenlijke verbranding, stikstofbevattende componenten voornamelijk in de vorm van N2 en NH3 worden verwijderd uit de brandstof, en deze vluchtige stikstofbevattende componenten niet aan het eigenlijke verbrandingsproces worden toegevoerd, wordt reeds hierdoor een vermindering bereikt van de hoeveelheid stikstof die potentieel kan bijdragen tot de vorming van N0X. Door de uit de brandstof vrijgemaakte NH3 te laten reageren met de bij het verbrandingsproces vrijkomende gassen, wordt een verdere reductie van de eventueel gevormde hoeveelheid N0X bereikt. Door het gebruik van de sorbent op de bovenbeschreven wijze heeft deze sorbent niet langer een negatieve invloed op de NOx-emissie maar juist een positieve invloed.

Aangezien het verbranden van de genoemde overblijvende vaste bestanddelen in de werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd onder oxyderende omstandigheden in een atmosfeer met een verminderde hoeveelheid aan stikstof-bevattende componenten, zal de zwavelvangende werking van de sorbent worden verbeterd, hetgeen tot gevolg heeft dat de verbrandingsgassen een verminderde hoeveelheid zwavel-componenten bevatten.

Bovendien wordt bij de eerste stap ook COS en H2S gevormd, dat volgens reactievergelijkingen (4) en (5) wordt ingevangen door CaO onder vorming van CaS. Hierbij kan worden opgemerkt, dat de efficiëntie van CaO voor de vangst van COS en H2S groter is dan voor de vangst van SO2. Deze CaS wordt met de overige overblijvende vaste bestanddelen (char) in de tweede stap van de werkwijze volgens de uitvinding volgens reactievergelijkingen (7) en (8) omgezet in CaS04, CaO en S02, welke SO2 volgens reactievergelijking (2) wordt ingevangen en omgezet in CaS04. Aldus zijn op zeer efficiënte wijze de in de kool aanwezige zwavel-componenten omgezet in het normale eindproduct van de zwavelvangst.

Bij een conventionele verbrandingswerkwijze wordt verse sorbent samen met de kool geïntroduceerd in het verbrandings-bed. Een probleem hierbij is echter, dat CaO een katalytische invloed heeft op de omzetting van stikstofcomponenten uit de kool naar N0X. Bij de werkwijze volgens de uitvinding is daarentegen in de eerste stap ten minste een deel van de sorbent gereageerd tot CaS, dat, zoals reeds vermeld, in de tweede stap althans ten dele wordt omgezet in CaS04/ CaS en CaS04 hebben niet de genoemde katalytische invloed op de omzetting van stikstofcomponenten uit de kool naar N0X, zodat ook hierdoor een bijdrage wordt geleverd aan de verlaging van de vorming en uitstoot van N0X.

Van de CaO die met de genoemde overblijvende vaste bestanddelen aan het eigenlijke verbrandingsproces wordt toegevoerd, wordt volgens de uitvinding nuttig gebruik gemaakt, omdat.CaO een sterke katalytische invloed heeft op de omzetting van N2O naar N2 en 02/ hetgeen uiteraard "schone" producten zijn.

Een bijkomend voordeel van de uitvinding is, dat in de eerste stap CO wordt gevormd, dat in de derde stap een stimulerende werking heeft op de reductie van NO door NH3. In een verbrandingsinrichting wordt volgens de uitvinding door de introductie van NH3 en CO aan de bovenzijde van het bed een effectieve naverbrandingszone gecreëerd voor het reduceren van NO.

Nadere aspecten, kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen nader verduidelijkt worden door de hiernavolgende beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen van de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding, onder verwijzing naar de tekening. Hierin toont: figuur 1 schematisch een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een verbrandingsinrichting volgens de uitvinding; en figuur 2 schematisch een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van een verbrandingsinrichting volgens de uitvinding.

In figuur 2 zijn gelijke of vergelijkbare onderdelen als in figuur 1 aangeduid met gelijke verwijzingscijfers.

De in figuur 1 in zijn algemeenheid met het verwijzings-cijfer 1 aangeduide verbrandingsinrichting omvat een relatief kleine vergasser 11 en een relatief grote hoofd-verbrander 21.

De vergasser 11 is nabij zijn onderzijde voorzien van een ingang 12 voor het toevoeren van de te verbranden kool en de sorbent, een gasinlaat 13 voor het toevoeren van lucht, en een eerste uitgang 14 voor het afvoeren van vaste deeltjes naar de hoofd-verbrander 21. Voorts is de vergasser 11 nabij zijn bovenzijde voorzien van een tweede uitgang 15 voor het afvoeren van de gevormde gassen.

De hoofd-verbrander 21 is nabij zijn onderzijde voorzien van een eerste ingang 24 voor het ontvangen van de vaste deeltjes uit de eerste uitgang 14 van de vergasser 11, en een primaire luchtinlaat 23 voor het toevoeren van primaire oxydator. Voorts is de hoofd-verbrander 21 bij een hoger gelegen plaats, in een laag gedeelte van het freeboard, voorzien van een tweede ingang 25 voor het ontvangen van de in de vergasser 11 gevormde gassen, en op ongeveer gelijke hoogte, of een enigszins hogere plaats, bevindt zich een secundaire luchtinlaat 22 voor het toevoeren van secundaire oxydator. In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn de vergasser 11 en de hoofd-verbrander 21 tegen elkaar aan gemonteerd, zodat de eerste uitgang 14 van de vergasser 11 en de eerste ingang 24 van de hoofd-verbrander 21 zijn gecombineerd tot een eerste doorlaatopening, waarin desgewenst een klep kan zijn opgenomen. Evenzo zijn de tweede uitgang 15 van de vergasser 11 en de tweede ingang 25 van de hoofd-verbrander 21 gecombineerd tot een tweede doorlaatopening.

Verse kool wordt, samen met een bijvoorbeeld op zich bekende sorbent zoals kalksteen voor het invangen van zwavel-componenten, via de ingang 12 toegevoerd aan de vergasser 11, die bij voorkeur wordt bedreven in een bubbelend gefluïdiseerd bed modus. Aan de bodem van het bed wordt lucht toegevoerd via de gasinlaat 13 om de vaste fase te fluïdiseren. In de vergasser 11 wordt de kool gepyrolyseerd en gedeeltelijk vergast. Hierbij zal CO gevormd worden. De voorts vrijkomende H2S en COS zullen door de sorbent worden ingevangen volgens de reactie-vergelijkingen (4) en (5). De vrijkomende HCN zal onder reducerende, althans niet-oxyderende, condities worden omgezet tot NH3, waarbij de aanwezigheid van sorbent een katalyserende invloed heeft. De gasvormige reactieproducten bestaan derhalve voornamelijk uit CO, CO2 en NH3, welke gassen zich naar de tweede uitgang 15 van de vergasser 11 zullen begeven,

Geschikte parameters voor het bedrijven van de vergasser 11 zijn bijvoorbeeld: de bij 13 toe te voeren lucht: 30-60 % van de benodigde stoichiometrische hoeveelheid lucht voor de aan de vergasser 11 toegevoerde kool; temperatuur: 850 - 900 °C; druk: in het algemeen ongeveer 1 atm, maar de vergasser 11 kan ook worden bedreven bij hogere drukken, bijv. 10 atm;

De na het vergassingsproces overblijvende vaste bestanddelen, zoals char en gesulfideerde sorbent, worden van de vergasser 11 via de eerste uitgang 14 getransporteerd naar de hoofd-verbrander 21.

De hoofd-verbrander 21, die bij voorkeur wordt bedreven in de bubbelende gefluïdiseerd bed modus ("bubbling fluidized bed combustor", BFBC), heeft drie verbrandingstrappen of -zones 26, 27 en 28. In de eerste verbrandingstrap 26, die zich onderin de hoofd-verbrander 21 bevindt en wordt begrensd door het bed-oppervlak 18, worden de genoemde vaste bestanddelen verbrand onder bij voorkeur oxyderende omstandigheden, waarbij NOx en CO2 gevormd zal worden. De (gedeeltelijk) gesulfideerde sorbent ondervindt bij de overgang van de vergasser 11 naar de hoofd-verbrander 21 een overgang van reducerende condities naar oxyderende condities, en zal derhalve reageren volgens de reactie-vergelijkingen (7) en (8). De bij de reactie (7) vrijkomende SO2 zal weer door CaO worden ingevangen volgens de reactie-vergelijking (2).

Derhalve worden netto vrijwel al de in de kool aanwezige zwavel-componenten omgezet in CaS04, het normale eindproduct van de zwavelvangst.

Volgens de uitvinding wordt de temperatuur in de eerste verbrandingstrap 26 relatief laag gehouden, omdat daardoor een relatief hoge efficiëncy voor de zwavelvangst en een relatief geringe NOx-productie wordt bereikt. Weliswaar kan hierdoor de coproductie enigszins toenemen, maar de gevormde N2O wordt in een latere verbrandingstrap op zeer efficiënte wijze afgebroken, zoals onderstaand nader zal worden verklaard.

Geschikte bedrijfsparameters voor de eerste verbrandingstrap 26 zijn bijvoorbeeld: de bij 23 toe te voeren primaire oxydator: ongeveer 1,1 maal de stoichiometrische hoeveelheid oxydator voor de vanuit de vergasser 11 aan de hoofd-verbrander 21 toegevoerde kool ; temperatuur: 800 - 825 °C; druk: in het algemeen ongeveer 1 atm, maar de hoofd-verbrander 21 kan ook worden bedreven bij hogere drukken, bijv.

10 atm;

Boven het bed-oppervlak 18 bevindt zich de naverbrandingszone of tweede verbrandingstrap 27, welke gevormd wordt door de introductie van de gasstroom uit de vergasser 11. In principe zijn de condities in dat gedeelte van de tweede verbrandingstrap 27 dat zich onder de tweede ingang 25 bevindt, vergelijkbaar met de condities in de eerste verbrandingstrap 26, behalve dat de concentratie aan vaste deeltjes lager is. In de tweede verbrandingstrap 27 reageert de in de eerste verbrandingstrap 26 gevormde NOx met de bij de tweede ingang 25 uit de vergasser 11 ontvangen NH3 om verder gereduceerd te worden, waarbij de aanwezigheid van eveneens in de eerste verbrandingstrap 26 gevormde CO een stimulerende werking heeft op die reductie zodat die reductie efficiënter zal zijn. Zo kan bijvoorbeeld reeds bij afwezigheid van CO een vermindering van ongeveer 50% van de hoeveelheid NO worden bereikt wanneer NH3 wordt ingebracht met een molaire verhouding NH3/NO van ongeveer 3. Deze molaire verhouding kan bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding eenvoudig gerealiseerd worden. In de praktijk zal een verdergaande vermindering dan de genoemde 50% bereikt worden vanwege de hoge CO-concentratie.

Boven de tweede verbrandingstrap 27 bevindt zich de derde verbrandingstrap 28. Hier gaat de reductie van NO met NH3 verder, en wordt CO verder verbrand met de via de secundaire luchtinlaat 22 ingebrachte secundaire oxydator zonder dat de zwavelvangst en/of de afbraak van N2O nadelig wordt beïnvloed. De gasstroom vanuit de vergasser 11 kan ongeveer 20 - 40 % bevatten van de calorische waarde van de kool, afhankelijk van het type kool. Daarom zal tijdens de verbranding van CO en andere te verbranden stoffen de temperatuur in de derde verbrandingstrap 28 toenemen (bijv. met 50 °C), waardoor de hoeveelheid van de in de eerste verbrandingstrap 26 gevormde N2O aanzienlijk zal worden verminderd, aangezien deze hogere temperatuur gunstig is voor de afbraak van N2O. De hoeveelheid secundaire oxydator is dusdanig, dat de totale stoichiometrische oxydatorverhouding voor het verbranden van de kool ongeveer 1,1-1,2 bedraagt.

Opgemerkt wordt dat in de praktijk de tweede verbrandingstrap 27 en de derde verbrandingstrap 28 een enkele, gecombineerde verbrandingstrap kunnen vormen.

Het transport van de vaste deeltjes van de vergasser 11 naar de hoofd-verbrander 21 kan plaatsvinden volgens het principe van onderling verbonden gefluïdiseerde bedden, waarbij twee of meer gefluïdiseerde bedden met verschillende fluïdisatie-gassnelheden met elkaar zijn verbonden. Het fluïdiseren vindt in de vergasser 11 plaats bij een lagere gassnelheid dan in de hoofd-verbrander 21, waardoor de bulkdichtheden in de beide bedden verschillend zijn. Aldus kan bij gelijke bed-hoogten, hetgeen in figuur 1 is geïllustreerd door schematisch het bedoppervlak 17 in de vergasser 11 en het bedoppervlak 18 in de hoofd-verbrander 21 aan te duiden, een drukverschil tussen de twee bedden worden opgebouwd, en is er bij de bodem van de bedden een continue stroming van vaste deeltjes vanuit de vergasser 11 door de eerste doorlaatopening 14, 24 naar de hoofd-verbrander 21. De stroomsnelheid van deze stroming kan gecontroleerd worden door instelling van het verschil in de fluïdisatie-snelheden en door aanpassing van de bedhoogte in de vergasser 11.

Op deze manier kan de uit de kool vrijgemaakte NH3 volledig in situ worden benut om de NOx-hoeveelheid te verminderen, en kan het negatieve effect van de sorbents op de NOx-emissie worden geminimaliseerd en zelfs worden omgebogen tot een positief effect. De efficiency van de zwavelvangst kan op een hoog niveau worden gehouden, en de NOx-emissie kan verminderd worden. Dit alles wordt volgens de uitvinding bereikt met een betrekkelijk eenvoudig en compact verbrandingssysteem, waarbij geen extra en dure apparatuur benodigd is voor het injecteren van hulpstoffen zoals NH3.

Aldus zijn de verbrandingsgassen, die tenslotte de hoofdverbrander 21 bij een uitlaat 29 verlaten om te worden toegevoerd naar een conventionele warmteoverdracht-sectie, volgens de uitvinding bijzonder arm aan schadelijke stoffen zoals SC>2f N0X, en N2O. De vaste verbrandingsproducten (as en CaSC>4) worden continu afgevoerd door een afvoer 30.

De in figuur 2 in zijn algemeenheid met het verwijzings-cijfer 2 aangeduide uitvoeringsvariant is van het type "circulerend gefluïdiseerd bed" ("circulating fluidized bed combustor", CFBC). Een CFBC omvat in hoofdzaak drie functionele onderdelen: een door de hoofd-verbrander 21 gevormd stijggedeelte, één of meerdere (in de figuur bij wijze van voorbeeld als een cycloon weergegeven) scheiders 42, en een terugvoerketen 40. Het stijggedeelte 21 wordt bedreven bij een hoge fluïdisatie-gassnelheid, typisch in de orde van 4-8 m/s, waardoor de vaste deeltjes snel door de cyclonen 42 zullen worden ingevangen. De ingevangen deeltjes worden via de terugvoerketen 40 teruggevoerd naar het stijggedeelte 21.

Aldus bestaat een CFBC uit een lus met continu circulerende deeltjes. Normaliter vindt de verbranding van de vaste brandstof plaats in het stijggedeelte 21.

Een CFBC is in principe flexibeler in toepassing van de getrapte verbranding, en flexibeler wat betreft de besturing van de recirculatie-snelheid van de vaste stoffen. Het biedt daarom extra voordelen om de onderhavige uitvinding toe te passen bij een CFBC-systeem.

Het basis-principe is hetzelfde als bij het BFBC-systeem. Normaliter bevindt zich in het terugvoergedeelte 40 een koeler voor de hete deeltjes teneinde de bed-temperatuur of de belasting van de verbrander te besturen. Deze koeler wordt bedreven in de bubbelend gefluïdiseerd bed modus, en kan direct worden gebruikt als vergasser 11.

De hoofdverbrander 21 heeft een secundaire luchtinlaat 32 die zich bevindt op een hoger niveau dan de eerste ingang 24 maar op een enigszins lager niveau dan de tweede ingang 25, en een tertiaire luchtinlaat 33 die zich bevindt op een hoger niveau dan de tweede ingang 25. Voorts is met de hoofd verbrander 21 een terugvoerketen 40 voor vaste deeltjes verbonden. De terugvoerketen 40 omvat een scheidingsorgaan 42 voor het scheiden van uitlaatgassen en daarin meegenomen vaste deeltjes, welk scheidingsorgaan 42 in het weergegeven voorbeeld een cycloonscheider is. Aangezien de aard en constructie van het scheidingsorgaan 42 geen onderwerp vormt van de onderhavige uitvinding, en kennis daarvan voor een goed begrip van de onderhavige uitvinding niet nodig is voor een deskundige, zullen deze niet nader worden beschreven.

Een ingang 41 van de cycloonscheider 42 is gekoppeld met de uitlaat 29 van de hoofdverbrander 21 voor het ontvangen van de uitlaatgassen van de hoofd-verbrander 21. De cycloonscheider 42 heeft een eerste uitgang 43 voor het afvoeren van de uitlaatgassen nadat daar de vaste deeltjes uit zijn verwijderd. Die uitlaatgassen bevatten volgens de uitvinding slechts bijzonder lage concentraties aan SO2, NOx en N2O. Genoemde vaste deeltjes kunnen via een tweede uitgang 44, die is gekoppeld met een derde ingang 34 van de hoofdverbrander 21, welke derde ingang 34 zich op een hoger niveau bevindt dan de tertiaire luchtinlaat 33, worden teruggevoerd naar de hoofdverbrander 21.

De cycloonscheider 42 heeft voorts een derde uitgang 45 die via een leiding 46 gekoppeld is met de vergasser 11. In de leiding 46 is een klep 47 opgenomen.

Verse kool en sorbent wordt via de ingang 12 toegevoerd aan de vergasser 11. De vergasser 11 ontvangt ook, als de klep 47 althans ten dele geopend is, continu de door de cycloonscheider 42 gevangen vaste deeltjes, welke zich gedragen als verwarmingsmedia. Het bed in de vergasser 11 kan daarom met een nog lagere oxydator-verhouding worden bedreven, typisch in de orde van 0,25-0,5. De klep 47 dient daarbij om de naar de vergasser 11 toe te voeren hoeveelheid vaste deeltjes te regelen, en om als gasafdichting te voorkomen dat de in de vergasser 11 geproduceerde gassen de cycloon 42 kunnen bereiken. De vaste deeltjes die niet naar de vergasser 11 worden toegevoerd, worden via de tweede uitgang 44 direct naar de hoofdverbrander 21 gevoerd.

De resterende vaste bestanddelen uit de vergasser 11 worden via de uitgang 14 getransporteerd naar de ingang 24 nabij de bodem van de hoofdverbrander 21. De deeltjesstroom-snelheid kan eventueel geregeld worden middels een tussen de uitgang 14 en de ingang 24 van de hoofdverbrander 21 opgestelde, ter wille van de eenvoud niet-weergegeven, bij voorkeur niet-mechanische klep (zoals bijvoorbeeld een V-vormige klep).

De in het voorgaande besproken bedrijfsparameters voor de in figuur 1 weergegeven BFBC zijn ook geschikt voor de in figuur 2 weergegeven CFBC. De verbranding vindt bij voorkeur plaats onder oxyderende condities, en daarbij zullen dezelfde reacties plaatsvinden als bij de BFBC.

De uit het bed in de vergasser 11 afkomstige gasstroom, waarvan de samenstelling overeenkomt met die van de onder verwijzing naar figuur 1 beschreven voorkeursuitvoeringsvorm, en die, afhankelijk van het type brandstof, 20 tot 40 % van de calorische waarde van de brandstof kan bevatten, wordt via de uitgang 15 toegevoerd aan een vrij hoog gelegen deeltjes-arme zone van de hoofdverbrander 21 om een naverbrandingszone te vormen. Aangezien een CFBC kleiner is dan een BFBC met vergelijkbare capaciteit, kan dit toevoeren radiaal of in een wervel gebeuren, afhankelijk van de grootte van het apparaat, ter verbetering van de menging.

Aan de hoofdverbrander 21 wordt secundaire oxydator en tertiaire oxydator toegevoerd via respectievelijk de secundaire luchtinlaat 32 en de tertiaire luchtinlaat 33, welke zich nabij de hoogte-positie van de ingang 25 bevinden, teneinde te voorkomen dat reducerende condities kunnen optreden, hetgeen namelijk tot gevolg zou hebben dat uit de gesulfateerde sorbent-deeltjes SO2 kan vrijkomen. Net als bij een BFBC zal ook bij een CFBC hierbij een temperatuurstijging optreden, hetgeen leidt tot een zeer geringe N20-emissie.

De in de inrichting verbruikte vaste stoffen (as en gesulfateerde sorbent) kunnen worden afgevoerd via de uitgang 30.

Door de vergasser en de hoofdverbrander apart uit te voeren, heeft het gehele systeem een compacte constructie.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat het mogelijk is de weergegeven uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding te veranderen of te modificeren, zonder de uitvindingsgedachte of de beschermingsomvang te verlaten. Bij wijze van voorbeeld is het mogelijk dat de afvoer 30 voor vaste verbrandingsproducten is vervangen door een in de terugvoerketen 40 opgenomen afvoer 30'.

Ook is het bijvoorbeeld mogelijk om de uitvinding te implementeren bij een bestaande hoofdverbrander door daar een vergasser mee te koppelen.

Claims (17)

1. Werkwijze voor het verbranden van vaste brandstof, waarbij in een eerste stap NH3 wordt vrijgemaakt uit de brandstof; waarbij in een tweede stap de bij de eerste stap overblijvende vaste bestanddelen worden verbrand; en waarbij in een derde stap de bij de eerste stap vrijgemaakte NH3 reageert met de bij de tweede stap vrijkomende gasproducten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vrijmaken van NH3 tot stand wordt gebracht door verhitting onder reducerende omstandigheden, bij voorkeur in een gefluïdiseerd bed.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vrijgemaakte NH3 gescheiden wordt gehouden van de overblijvende vaste bestanddelen.

4. Werkwijze volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de brandstof een sorbent zoals kalksteen wordt toegevoegd voor het invangen van uit de brandstof vrijkomende zwavel, welke sorbent bij voorkeur is gekozen om in de eerste stap de omzetting te promoten van vrijgemaakte stikstofhoudende stoffen zoals HCN naar NH3 en N2.

5. Werkwijze volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de tweede stap de genoemde vaste bestanddelen worden verbrand in een bubbelend gefluïdiseerd bed of een circulerend gefluïdiseerd bed.

6. Werkwijze volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de tweede stap de genoemde overblijvende vaste bestanddelen worden verbrand onder oxyderende omstandigheden.

7. Werkwijze volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de tweede stap de verbranding plaats vindt bij relatief lage temperatuur teneinde te verzekeren dat de (gedeeltelijk) gesulfideerde sorbent-deeltjes direct tot CaS04 oxyderen in plaats van SO2 afgeven, en de productie van N0X tijdens de verbranding wordt onderdrukt.

8. Werkwijze volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de derde stap oxydator wordt toegevoerd om de verbranding van verbrandbare stoffen te voltooien.

9. Werkwijze volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de genoemde overblijvende vaste bestanddelen van de eerste naar de tweede stap worden verplaatst op basis van verschillende bed-dichtheden.

10. Inrichting voor het verbranden van vaste brandstof volgens een willekeurige der voorgaande conclusies, omvattende een vergasser (11); een ingang (12) van de vergasser (11) voor het ontvangen van de vaste brandstof; een eerste uitgang (14) van de vergasser (11) voor het afvoeren van vaste bestanddelen; een tweede uitgang (15) van de vergasser (11) voor het afvoeren van uit de vaste brandstof vrijgemaakte gassen; een hoofdverbrander (21) ; een eerste ingang (24) van de hoofdverbrander (21), die gekoppeld is met de eerste uitgang (14) van de vergasser (11); en een tweede ingang (25) van de hoofdverbrander (21), die gekoppeld is met de tweede uitgang (15) van de vergasser (11).

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de hoofdverbrander (21) ten minste twee verbrandings-zones heeft voor het uitvoeren van de tweede respectievelijk de derde stap.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de hoofdverbrander (21) een secundaire luchtinlaat (22) heeft, die bij voorkeur gepositioneerd is bij ongeveer dezelfde hoogte, of een weinig hoger, als de tweede ingang (25) .

13. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de hoofdverbrander (21) een secundaire luchtinlaat (32) heeft die zich op een lager niveau bevindt dan de tweede ingang (25), en een tertiaire luchtinlaat (33) die zich op een hoger niveau bevindt dan de tweede ingang (25).

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de uitgang (29) van de hoofdverbrander (21) is gekoppeld met een ingang (41) van een scheidingsorgaan (42), en dat een uitgang (44) van het scheidingsorgaan (42) is gekoppeld met een derde ingang (34) van de hoofdverbrander (21), welke derde ingang (34) zich op een hoger niveau bevindt dan de tertiaire luchtinlaat (33).

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat een verdere uitgang (45) van het scheidingsorgaan (42) is gekoppeld met de vergasser (11) via een leiding (46) waarin een klep (47) is opgenomen.

16. Inrichting volgens één der conclusies 10-15, met het kenmerk, dat de tweede ingang (25) en/of de secundaire luchtinlaat (22; 32) en/of de tertiaire luchtinlaat (33) radiaal gericht zijn teneinde de gassen radiaal in de hoofdverbrander (21) te introduceren.

17. Inrichting volgens één der conclusies 10-15, met het kenmerk, dat de tweede ingang (25) en/of de secundaire luchtinlaat (22; 32) en/of de tertiaire luchtinlaat (33) zijn ingericht om de gassen op een wervelende manier in de hoofdverbrander (21) te introduceren.