NL9401269A

NL9401269A - Method and burner for carrying out oxygen-enriched combustion.

Info

Publication number: NL9401269A
Application number: NL9401269A
Authority: NL
Inventors: Harmannus Christoffer Op Ende
Original assignee: Kema Nv
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1996-03-01
Also published as: EP0774098A1; WO1996004507A1; TW291528B

Description

WERKWIJZE EN VERBRANDER VOOR HET UITVOEREN VAN MET ZUURSTOF VERRIJKTE VERBRANDINGMETHOD AND BURNER FOR PERFORMING OXYGEN ENRICHED BURNING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op de verbranding van materiaal, in het bijzonder afval, brandstof of dergelijke.The present invention relates to the combustion of material, in particular waste, fuel or the like.

Thans wordt afval veelal verbrand in afvalverbrandingsinstallaties met verbrandingslucht, waarbij een volledige verbranding van het afval zoveel mogelijk verzekerd dient te worden.At present, waste is usually incinerated in waste incineration plants with combustion air, whereby complete incineration of the waste must be ensured as much as possible.

In het PCT-octrooischrift WO 86/06151 wordt een werkwijze voorgesteld voor het verbranden van afvalmateri-aal, waarbij, teneinde het vormen van toxische organische stoffen te voorkomen en het NO-gehalte van het rookgas te verminderen, in plaats van ten minste één deel van het verbrandingsgas, zuurstof aan de vuurhaard wordt toegevoerd.PCT patent WO 86/06151 proposes a process for burning waste material, wherein, in order to prevent the formation of toxic organic substances and to reduce the NO content of the flue gas, instead of at least one part of the combustion gas, oxygen is supplied to the furnace.

Een probleem hierbij is echter dat bij een verhoogd zuurstofgehalte in de verbrandingslucht de vuurhaard-temperatuur te hoog wordt, hetgeen nadelige gevolgen voor de installaties heeft.A problem here, however, is that with an increased oxygen content in the combustion air, the furnace temperature becomes too high, which has adverse consequences for the installations.

De onderhavige uitvinding heeft als doel een verbeterd verbrandingsproces te verschaffen.The present invention aims to provide an improved combustion process.

Volgens deze uitvinding wordt een werkwijze voor het verbranden van materiaal zoals afval, brandstof of dergelijke verschaft, omvattende de stappen van: het toevoeren van het te verbranden materiaal in een verbrandingsruimte, - het inbrengen van een stroom van primair verbrandingsgas in de verbrandingsruimte, omvattende ten minste 25 vol.% zuurstof, - het verbranden van het materiaal in de verbrandingsruimte bij een voorafbepaalde temperatuur gedurende een voorafbepaalde tijd, - het uit de verbrandingsruimte wegleiden van het tijdens verbranding van het materiaal gevormde rookgas, en - het terugvoeren van een voorafbepaald gedeelte van het rookgas, of secundaire rookgas, naar de verbrandingsruimte.According to this invention, a method of burning material such as waste, fuel or the like is provided, comprising the steps of: feeding the material to be burned into a combustion space, - introducing a stream of primary combustion gas into the combustion space, comprising at least 25% by volume of oxygen, - the combustion of the material in the combustion space at a predetermined temperature for a predetermined time, - the removal of the flue gas formed during combustion of the material from the combustion space, and - the recycling of a predetermined part of the flue gas, or secondary flue gas, to the combustion chamber.

Bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is, tijdens verbranding van materiaal, zoals afval in een afvalverbrandingsinstallatie, de temperatuur in de verbrandingsruimte regelbaar, zonder dat afgeweken hoeft te worden van het gewenste toegevoerde zuurstofpercentage.In the method according to the present invention, during combustion of material, such as waste in a waste incineration plant, the temperature in the combustion space is controllable, without deviation from the desired oxygen percentage supplied.

Met gewone lucht als verbrandingsgas, dient de stikstof aanwezig in de lucht als temperatuurregelaar, daar stikstof zich gedraagt als een inert, onbrandbaar gas. Verhoging van de hoeveelheid zuurstof in de verbrandingslucht betekent dat de relatieve hoeveelheid stikstof daalt, dat wil zeggen dat de inerte fractie in de verbrandingslucht daalt, waardoor de temperatuur in de verbrandingsruimte stijgt.With ordinary air as the combustion gas, the nitrogen present in the air serves as a temperature controller, since nitrogen behaves as an inert, non-flammable gas. Increasing the amount of oxygen in the combustion air means that the relative amount of nitrogen decreases, that is, the inert fraction in the combustion air decreases, causing the temperature in the combustion chamber to rise.

Met een zuurstofniveau boven 25 vol.% in de verbrandingslucht, zou de temperatuur in de verbrandingsruimte te hoog worden om voor een beheersbaar, veilig verbrandingsproces te zorgen. Mogelijke beschadiging van de verbrandingsruimte is het direct gevolg.With an oxygen level above 25% by volume in the combustion air, the temperature in the combustion chamber would become too high to provide a manageable, safe combustion process. The direct consequence is possible damage to the combustion chamber.

Recirculatie in de verbrandingsruimte van één deel van het rookgas, gevormd tijdens verbranding van het materiaal in de verbrandingsruimte, betekent dat verbranding thans uitgevoerd kan worden met zuurstofpercentages in het verbrandingsgas die groter zijn dan 25 vol.%, daar het rookgas dat tevens inert is, de inerte stikstof die aanwezig is in lucht vervangt, waardoor de inerte temperatuurregelaar verschaft wordt die nodig is voor regelbare verbranding van met zuurstof verrijkte verbrandingslucht.Recirculation in the combustion space of one part of the flue gas, formed during combustion of the material in the combustion space, means that combustion can now be carried out with oxygen percentages in the combustion gas that are greater than 25% by volume, since the flue gas which is also inert, replaces the inert nitrogen present in air, providing the inert temperature controller necessary for controllable combustion of oxygen-enriched combustion air.

De uitvinding betreft verder een verbrander voor het uitvoeren van de hierboven beschreven werkwijze, omvattende : een materiaaltoevoer voor het toevoeren van te verbranden materiaal naar een verbrandingsruimte, - bewegende middelen voor het laten bewegen van materiaal door de verbrandingsruimte, - eerste geleidingsmiddelen voor het geleiden van een stroom van primair verbrandingsgas naar het materiaal, - tweede geleidingsmiddelen voor het wegleiden van rookgas van het materiaal uit de verbrandingsruimte, - derde geleidingsmiddelen voor het terugleiden van een voorafbepaald deel van dit rookgas, het secundaire rookgas, naar de verbrandingsruimte en - een filter voor het filteren van het secundaire rookgas, voordat dit naar de verbrandingsruimte wordt teruggeleid.The invention further relates to a burner for carrying out the above-described method, comprising: a material supply for supplying material to be burned to a combustion space, - moving means for moving material through the combustion space, - first guiding means for guiding a flow of primary combustion gas to the material, - second guiding means for discharging flue gas of the material from the combustion space, - third guiding means for returning a predetermined part of this flue gas, the secondary flue gas, to the combustion space and - a filter for filtering the secondary flue gas before it is returned to the combustion chamber.

Verdere details, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de volgende beschrijving en figuren waarin:Further details, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description and figures, in which:

Figuur 1 een schematisch diagram toont van een verbrander volgens de onderhavige uitvinding,Figure 1 shows a schematic diagram of a burner according to the present invention,

Figuur 2 een schematische weergave van een comparatief verbrandingswerkwijzemodel toont zonder recirculatie van het rookgas,Figure 2 shows a schematic representation of a comparative combustion method model without recirculation of the flue gas,

Figuur 3 een comparatieve grafiek toont die de temperatuur in de verbrandingsruimte (de vuurhaardtempera-tuur) en luchthoeveelheid bij verschillende zuurstofpercen-tages in het toegevoegde primaire verbrandingsgas weergeeft,Figure 3 shows a comparative graph showing the temperature in the combustion chamber (the combustion chamber temperature) and air quantity at different oxygen percentages in the added primary combustion gas,

Figuur 4 een schematische weergave is van een afvalverbrandingsinstallatiemodel, dat recirculatie van het rookgas volgens de onderhavige uitvinding toont,Figure 4 is a schematic representation of a waste incineration plant model showing recirculation of the flue gas of the present invention,

Figuur 5 een grafiek toont, die de rookgasrecirculatie bij verschillende temperaturen in de verbrandingsruimte (vuurhaardtemperatuur) als functie van het zuurstof-percentage in het toegevoerde primaire verbrandingsgas weergeeft,Figure 5 shows a graph showing the flue gas recirculation at different temperatures in the combustion chamber (combustion chamber temperature) as a function of the oxygen percentage in the supplied primary combustion gas,

Figuur 6 een grafiek toont, die de rookgashoeveelheden als functie van het zuurstofpercentage in het toegevoerde primaire verbrandingsgas weergeeft, waar de temperatuur in de verbrandingsruimte (vuurhaardtemperatuur) 1.150°C is en waarbij het restzuurstofpercentage in het rookgas 6,5 vol.% is,Figure 6 shows a graph showing the flue gas quantities as a function of the oxygen percentage in the supplied primary combustion gas, where the temperature in the combustion chamber (combustion chamber temperature) is 1,150 ° C and where the residual oxygen percentage in the flue gas is 6.5% by volume,

Figuur 7 een grafiek toont die de volumefractie van de hoofdcomponenten in de rookgassen als functie van het zuurstofpercentage in het toegevoerde primaire verbrandingsgas weergeeft, waarbij het restzuurstofpercentage van het rookgas 6,5 vol.% is,Figure 7 shows a graph showing the volume fraction of the main components in the flue gases as a function of the oxygen percentage in the supplied primary combustion gas, the residual oxygen percentage of the flue gas being 6.5% by volume,

Figuur 8 een grafiek toont die het ontstane stoom-debiet en het ketelrendement als functie van het zuurstofpercentage in het toegevoerde primaire verbrandingsgas volgens de onderhavige uitvinding weergeeft.Figure 8 shows a graph showing the steam flow rate and boiler efficiency as a function of the oxygen percentage in the supplied primary combustion gas according to the present invention.

Figuur 9 een grafiek toont, die energiecomponenten als functie van het zuurstofpercentage in de toegevoegde primaire verbrandingsgas volgens de onderhavige uitvinding weergeeft, enFigure 9 shows a graph showing energy components as a function of the oxygen percentage in the added primary combustion gas of the present invention, and

Figuur 10 een tabel toont, die een samenvatting van de onderzoeksresultaten toont.Figure 10 shows a table showing a summary of the study results.

De verbrandingsinstallatie 1, zoals getoond in figuur 1, omvat een trechter 2, waardoor bijvoorbeeld afval op een verbrandingsrooster 3 wordt gevoerd, in een verbrandingsruimte, waarop zich een vuurhaard 4 bevindt. Het afval wordt door de vuurhaard 4 gevoerd, bij voorkeur door middel van een serie naar beneden aflopende walsen 5, voordat de slak (niet getoond) uit de verbrandingsinstallatie 1 via een ontslakker 6 wordt verwijderd.The combustion installation 1, as shown in figure 1, comprises a funnel 2, through which, for example, waste is fed on a combustion grate 3, in a combustion space on which a firebox 4 is located. The waste is passed through the furnace 4, preferably by means of a series of downwardly rolling rollers 5, before the slag (not shown) is removed from the incineration plant 1 via a slag remover 6.

Primair verbrandingsgas (aangegeven door pijlen 7) wordt bij voorkeur in de vuurhaard 4 van onder de walsen 5 geleid (op een niet getoonde wijze) teneinde een efficiënte, voortdurende verbranding en tevens koeling van de walsen 5 te verzekeren.Primary combustion gas (indicated by arrows 7) is preferably introduced into the furnace 4 from beneath the rollers 5 (in a manner not shown) in order to ensure efficient, continuous combustion and also cooling of the rollers 5.

Het tijdens verbranding van het materiaal gevormde rookgas wordt uit de vuurhaard 4 via een rookgaskanaal 8 naar een niet getoonde ketel geleid. Ten minste één deel van dit rookgas, het zogenaamde secundaire rookgas, aangegeven door pijlen 9, wordt naar de vuurhaard 4 op een niet getoonde wijze teruggeleid, hetzij vanaf de rookgaskanaal 8, hetzij vanaf de ketel, hetzij elk ander geschikt deel van de installatie. Dit secundaire rookgas wordt geleid bij voorkeur door middel van niet getoonde ventilatoren.The flue gas formed during combustion of the material is led from the furnace 4 via a flue gas channel 8 to a boiler (not shown). At least one part of this flue gas, the so-called secondary flue gas, indicated by arrows 9, is returned to the hearth 4 in a manner not shown, either from the flue gas duct 8, or from the boiler or any other suitable part of the installation. This secondary flue gas is guided preferably by means of fans (not shown).

Behalve voor het regelen van de temperatuur in de verbrandingsruimte, dient het secundaire rookgas tevens voor menging en volledige verbranding van het rookgas, afkomstig van het brandende afval, en elk niet verbrand deeltje in het rookgas te verzekeren. Een goede menging van de verbrandingsgassen is zeer belangrijk voor lage C^R, en CO-emis-sies, gassen die schadelijk zijn voor het milieu, voor het helpen vermijden van reducerende gasstromen die corrosieproblemen in de installaties veroorzaken en vermindering van werveling van gasstromen in de verbrandingsruimte waardoor vliegas (vaste deeltjes die met de rookgassen worden meegenomen) , zich kan afzetten, hetgeen tot verstoppingsproblemen kan leiden.In addition to controlling the temperature in the combustion chamber, the secondary flue gas must also ensure mixing and complete combustion of the flue gas from the burning waste and any unburned particulate in the flue gas. Proper mixing of the combustion gases is very important for low C ^ R, and CO emissions, gases that are harmful to the environment, to help avoid reducing gas flows that cause corrosion problems in the installations and reduce swirling of gas flows in the combustion space through which fly ash (solid particles that are carried along with the flue gases) can deposit, which can lead to blockage problems.

Het secundaire rookgas wordt bij voorkeur gefilterd door middel van een niet getoonde elektrofilter alvorens teruggevoerd te worden naar de verbrandingsruimte teneinde het ongewenste materiaal, mogelijkerwijs aanwezig in het rookgas, te verwijderen.The secondary flue gas is preferably filtered through an electro filter (not shown) before being returned to the combustion chamber to remove the unwanted material possibly present in the flue gas.

Bij voorkeur wordt ten minste één niet getoonde ventilator gebruikt om het secundaire rookgas naar de verbrandingsruimte zowel terug te leiden als te stuwen. Deze ventilator draagt tevens bij aan het verschaffen van juiste druk, snelheid, stroom en mengingsomstandigheden, hetgeen nodig is voor optimale verbranding.Preferably, at least one fan (not shown) is used to both return and propel the secondary flue gas to the combustion space. This fan also contributes to providing correct pressure, speed, flow and mixing conditions, which is necessary for optimal combustion.

Teneinde het primaire verbrandingsgas voor te verwarmen dat een snellere uitdroging van het afval geeft en daardoor een uniforme verbranding en uitbranding van de slak geeft, kan het secundaire rookgas geleid worden om op directe wijze met het primaire verbrandingsgas gemengd te worden. In dat geval is het gebruik van stoom teneinde primair verbrandingsgas voor te verwarmen niet noodzakelijk, waardoor meer stoom voor energie-opwekking beschikbaar wordt. Verder kan het secundaire rookgas op een niet getoonde wijze langs de niet getoonde zijwanden van de verbrandingsruimte geleid worden, teneinde een koelingseffect te veroorzaken en het aankoeken van slak aan de zijwanden te voorkomen. Deze zijwandkoeling door middel van het secundaire rookgas doet tevens de levensduur van de verbrandingsruimte toenemen.In order to preheat the primary combustion gas which gives faster dehydration of the waste and thereby gives a uniform combustion and combustion of the slag, the secondary flue gas can be conducted to be directly mixed with the primary combustion gas. In that case, the use of steam to preheat primary combustion gas is not necessary, making more steam available for energy generation. Furthermore, the secondary flue gas can be guided along the side walls of the combustion space, not shown, in order to cause a cooling effect and to prevent slag from sticking to the side walls. This side wall cooling by means of the secondary flue gas also increases the life of the combustion space.

Er werd een onderzoek op een afvalverbrandingsinstallatie uitgevoerd teneinde de gevolgen te bepalen van het gebruik van zuurstofverrijkte verbrandingsgas samen met de recirculatie van rookgas. De resultaten werden verkregen door computersimulatie met als uitgangspunten bij de berekening: 1) De ontwerpgegevens van de afvalverbrandingsinstallatie in Alkmaar, Boekelermeer, Nederland (per afvalver-brandingslijn), 2) Een restzuurstofpercentage in de rookgassen naar een rookgasreiniger van 6,5 vol.%, en 3) Afval met een stookwaarde van 10 MJ/kg.A study was conducted on a waste incineration plant to determine the consequences of using oxygen enriched combustion gas along with flue gas recirculation. The results were obtained by computer simulation with the following starting points in the calculation: 1) The design data of the waste incineration plant in Alkmaar, Boekelermeer, the Netherlands (per waste incineration line), 2) A residual oxygen percentage in the flue gases to a flue gas purifier. , and 3) Waste with a calorific value of 10 MJ / kg.

Het onderzoek richtte zich op de volgende aspecten: 1) verbrandingsruimtetemperatuur (vuurhaardtempe- ratuur) 2) Hoeveelheid rookgas 3) Samenstelling rookgas 4) Condensatiepunt van de rookgassen 5) EnergiebenuttingThe research focused on the following aspects: 1) combustion chamber temperature (combustion chamber temperature) 2) Flue gas quantity 3) Flue gas composition 4) Flue gas condensation point 5) Energy utilization

Vanwege de aard van het te verbranden materiaal en de wettelijke eisen betreffende emissies werden de volgende criteria bij het onderzoek in acht genomen: a) Een verbrander dient voor verschillende samenstellingen van het te verbranden materiaal gebruikt te kunnen worden, bij een stookwaarde, bijvoorbeeld tussen 6-15 MJ/kg en bij verschillende maten van het te verbranden materiaal.Due to the nature of the material to be burned and the legal requirements regarding emissions, the following criteria were considered in the study: a) A burner must be able to be used for different compositions of the material to be burned, with a calorific value, for example between 6 -15 MJ / kg and with different sizes of the material to be burned.

b) De verbrandingsgassen moeten een temperatuur van ten minste ongeveer 850°C kunnen bereiken gedurende ten minste twee seconden teneinde volledige verbranding te verzekeren, de temperatuur moet niet boven ongeveer 1.300°C kunnen komen teneinde smelten van het gevormde slak in de verbrandingsruimte te voorkomen en de in het milieu uitgestoten rookgassen dienen volgens de wet een zuurstofgehalte van ten minste 6 vol.% hebben.b) The combustion gases must be able to reach a temperature of at least about 850 ° C for at least two seconds to ensure complete combustion, the temperature must not exceed about 1,300 ° C in order to prevent melting of the formed slag in the combustion chamber and the flue gases emitted into the environment must by law have an oxygen content of at least 6% by volume.

1) Het effect van het verrijken van verbrandingsgas met zuurstof zonder recirculatie van secundair rookgas, als getoond in het schema in figuur 2, werd onderzocht om het effect op vuurhaardtemperatuur te bepalen. De resultaten hiervan worden in figuur 3 getoond. Hier stijgt de vuur- haardtemperatuur van ongeveer 1.150°C met gewone lucht, met een zuurstofgehalte van ongeveer 21 vol.% tot ongeveer 2.700°C met zuivere zuurstof. De hoeveelheid benodigde lucht om het afval te verbranden en nog te voldoen aan de eis van 6 vol.% zuurstof in de uitgestoten rookgassen, daalt bij dit onderzoek van ongeveer 90.000 m3 per uur tot ongeveer 15.000 m3 per uur, zoals aan de rechterkant van de grafiek in figuur 3 wordt getoond, per afvalverbrandingslijn in de afvalverbrandingsinstallatie.1) The effect of enriching combustion gas with oxygen without recirculation of secondary flue gas, as shown in the diagram in Figure 2, was investigated to determine the effect on the furnace temperature. The results of this are shown in Figure 3. Here, the hearth temperature rises from about 1,150 ° C with ordinary air, with an oxygen content of about 21% by volume, to about 2,700 ° C with pure oxygen. The amount of air required to burn the waste and still meet the requirement of 6 vol.% Oxygen in the exhausted flue gases falls from about 90,000 m3 per hour to about 15,000 m3 per hour, as shown on the right-hand side of the graph in figure 3 is shown, per waste incineration line in the waste incineration plant.

De oorzaak van de stijgende temperatuur in de vuurhaard, is de vermindering in de hoeveelheid stikstof die aanwezig is in de primaire verbrandingslucht.The cause of the rising temperature in the furnace is the decrease in the amount of nitrogen present in the primary combustion air.

Zoals gezegd is, is de maximaal toelaatbare vuur-haardtemperatuur bij het verbranden van afval ongeveer 1.300°C. Indien bij hogere temperaturen wordt verbrand, dient rekening te worden gehouden met de volgende problemen: a) smelten van de slak, waardoor de installatie kan worden geblokkeerd, en warmteoverdracht wordt belemmerd.As mentioned, the maximum allowable fire-hearth temperature when burning waste is about 1,300 ° C. If burning at higher temperatures, the following problems should be taken into account: a) melting of the slag, which can block the installation and hinder heat transfer.

b) het metselwerk en de constructie van de afvalverbrandingsinstallatie kunnen beschadigd worden. Bijvoorbeeld afhankelijk van het type metselwerk kan deze smelten bij een temperatuur van boven de 1.400°C en vanwege de hogere vuurhaardtemperatuur kan versneld erosie en corrosie plaatsvinden.b) the masonry and construction of the waste incineration plant may be damaged. For example, depending on the type of masonry, it can melt at a temperature above 1,400 ° C and because of the higher combustion chamber temperature, accelerated erosion and corrosion can take place.

Uit figuur 3 kan worden geconcludeerd dat rekening houdend met de maximale vuurhaardtemperatuur, het zuurstof-percentage in de toegevoerde primaire verbrandingsgas maximaal ongeveer 25 % mag zijn. Hieruit volgt dat verbranden met verrijkte lucht bij dit systeem slechts in beperkte mate mogelijk is.It can be concluded from figure 3 that, taking into account the maximum combustion chamber temperature, the oxygen percentage in the supplied primary combustion gas may not exceed about 25%. It follows that burning with enriched air is only possible to a limited extent with this system.

Het schema zoals weergegeven in figuur 4 werd vervolgens ontwikkeld.The scheme as shown in Figure 4 was then developed.

Op dit moment wordt afval verbrand met een vuurhaardtemperatuur van ongeveer 1.100-1.150°C. Teneinde de resultaten van het onderzoek met de resultaten verkregen van een moderne afvalverbrandingsinstallatie te vergelijken, werd een computermodel opgezet om dit schema uit figuur 4 bij een vuurhaardtemperatuur van 1.150°C, onder andere, te simuleren, waarvan de resultaten in figuur 5 worden getoond.At this time, waste is incinerated with a furnace temperature of about 1,100-1,150 ° C. In order to compare the results of the study with the results obtained from a modern waste incineration plant, a computer model was set up to simulate this scheme from Figure 4 at a furnace temperature of 1,150 ° C, among others, the results of which are shown in Figure 5.

Bij vergelijking van figuur 5 met figuur 3, ziet men dat bij het variëren van de hoeveelheid gerecirculeerd rookgas de hoeveelheid zuurstof, bij een gegeven vuurhaardtemperatuur, in de primaire verbrandingslucht tot 100 % gevarieerd kan worden. Op deze wijze kunnen verbeterde verbrandingsomstandigheden gerealiseerd worden, terwijl een soortgelijke vuurhaardtemperatuur tot dat van het verbrandingsproces zonder recirculeren van secundair rookgas wordt gehouden. Dit vanwege het feit dat de temperatuur thans onafhankelijk van het zuurstofpercentage ingesteld kan worden, hetgeen betekent dat bij een bepaalde temperatuur, verschillende zuurstofpercentages in het primaire verbrandingsgas ingesteld kunnen worden, waardoor het voordeel wordt verkregen dat de thermische belasting van de verbrandingsinstallatie afneemt.When comparing Figure 5 with Figure 3, it can be seen that when varying the amount of recycled flue gas, the amount of oxygen, at a given furnace temperature, can be varied up to 100% in the primary combustion air. In this way, improved combustion conditions can be realized, while a similar furnace temperature is maintained up to that of the combustion process without recirculation of secondary flue gas. This is due to the fact that the temperature can now be adjusted independently of the oxygen percentage, which means that at a certain temperature, different oxygen percentages can be set in the primary combustion gas, which gives the advantage that the thermal load of the combustion installation decreases.

2) Met betrekking tot de rookgashoeveelheid werden de volgende berekeningen uitgevoerd: a) berekening van de rookgashoeveelheid, alvorens wegleiden van secundair rookgas, b) berekening van de rookgashoeveelheid naar een rookgasreiniger.2) With regard to the flue gas quantity, the following calculations were performed: a) calculation of the flue gas quantity, before diverting secondary flue gas, b) calculation of the flue gas quantity to a flue gas cleaner.

In figuur 6 zijn de berekende rookgashoeveelheden per afvalverbrandingslijn alvorens het wegleiden van het secundaire rookgas uitgezet als functie van het zuurstofpercentage in het toegevoerde primaire verbrandingsgas. Uit figuur 6 kan worden geconcludeerd dat de rookgashoeveelheid uit de ketel nagenoeg constant is.In figure 6 the calculated flue gas quantities per waste incineration line before plumbing the secondary flue gas are plotted as a function of the oxygen percentage in the supplied primary flue gas. It can be concluded from figure 6 that the amount of flue gas from the boiler is almost constant.

Bij het verbranden met verrijkte lucht zonder recirculatie zullen minder rookgassen ontstaan, maar de vuurhaardtemperatuur zal stijgen (zie figuur 3). Minder rookgassen ontstaan tevens bij een schema zoals in figuur 4 wordt getoond.When burning with enriched air without recirculation, less flue gases will be generated, but the combustion chamber temperature will rise (see figure 3). Less flue gases also occur with a scheme as shown in figure 4.

Vanwege de daling van de hoeveelheid rookgas, zullen voor installaties die het proces volgens de onderhavige uitvinding gebruiken minder ventilatoren van een geringer vermogen, om optimale menging en stroomsnelheid van het rookgas te verzekeren, nodig zijn, hetgeen een significante kosten- en energiebesparing geeft.Due to the decrease in the amount of flue gas, installations using the process of the present invention will require fewer fans of less power to ensure optimal mixing and flow rate of the flue gas, providing significant cost and energy savings.

Om de vuurhaardtemperatuur de gewenste waarde te laten aannemen, moet een bepaald percentage van de rookgassen gerecirculeerd worden. In figuur 5 en 6 is te zien dat de hoeveelheid terug te voeren of te recirculeren rookgas groter is naarmate het zuurstofpercentage in de primaire verbrandingslucht hoger is.In order for the combustion chamber temperature to reach the desired value, a certain percentage of the flue gases must be recycled. Figures 5 and 6 show that the higher the percentage of flue gas to be recycled or recirculated, the higher the oxygen percentage in the primary combustion air.

Aldus als getoond in figuren 5 en 6 daalt de hoeveelheid rookgas dat bij de rookgasreiniger gereinigd moet worden, waardoor voordelen in de reinigings- en verbruikskosten in de rookgasreinigingsinstallatie worden verkregen.Thus, as shown in Figures 5 and 6, the amount of flue gas to be cleaned at the flue gas cleaner decreases, whereby advantages are obtained in the cleaning and consumption costs in the flue gas cleaning installation.

Als getoond in figuur 6, resulteerde het primaire verbrandingsgas en secundaire rookgas in een vrijwel constante gasstroom uit de oven.As shown in Figure 6, the primary combustion gas and secondary flue gas resulted in an almost constant gas flow from the furnace.

De resultaten in figuur 6 werden verkregen voor alle gekozen vuurhaardtemperatuurwaarden en leidden tot de conclusie dat de hoeveelheid rookgas onafhankelijk van de vuurhaardtemperatuur is. Een verdere conclusie is dat de hoeveelheid rookgas naar de rookgasreiniger onafhankelijk van rookgasrecirculatie is.The results in Figure 6 were obtained for all selected furnace temperature values and led to the conclusion that the amount of flue gas is independent of the furnace temperature. A further conclusion is that the amount of flue gas to the flue gas cleaner is independent of flue gas recirculation.

Dit geeft het voordeel dat de vuurhaardtemperatuur en het zuurstofgehalte in het rookgas onafhankelijk van elkaar kunnen worden ingesteld, daar de vuurhaardtemperatuur geregeld wordt door de hoeveelheid rookgas die gerecirculeerd wordt.This has the advantage that the combustion chamber temperature and the oxygen content in the flue gas can be adjusted independently of each other, since the combustion chamber temperature is controlled by the amount of flue gas that is recycled.

3) De verandering in volumepercentage van de rookgashoofdcomponenten wordt in figuur 7 getoond. De samenstelling van rookgas verandert sterk bij verbranding met zuurstofverrijkt primair verbrandingsgas.3) The change in volume percentage of the main flue gas components is shown in figure 7. The composition of flue gas changes significantly when combustion with oxygen-enriched primary combustion gas.

In figuur 7 wordt de daling van de volumefractie van stikstof naar nul tengevolge van het feit dat geen stikstof meer aan het proces wordt toegevoegd, getoond, indien 100% zuurstof als het primaire verbrandingsgas wordt gebruikt. Daar het percentage stikstof in het rookgas daalt, neemt de volumefractie van de andere componenten in het rookgas, in het bijzonder die van H20 en C02 toe. Dit geeft het voordeel dat indien het percentage zuurstof in het primaire verdampingsgas wordt verhoogd, het volumepercentage van geproduceerde schadelijke gassen, zoals NO, N02, N20, N0X die milieuverontreinigend zijn, afneemt. Bij een toename van de volumefractie van de componenten in de rookgassen werd rekening gehouden met het condensatiepunt van elke component. Wanneer de temperatuur van de rookgassen onder de condensatiepunttemperatuur van de daarin aanwezige componenten komt, zullen de componenten van de gasvormfase overgaan naar de vloeibare fase. Een faseovergang van de componenten dient altijd voorkomen te worden vanwege corrosieproblemen. Uit onderzoek is gebleken dat het condensatiepunt van waterdamp bepalend is. In het uiterste geval wanneer de toegevoerde primaire verbrandingslucht uit 100% zuurstof bestaat, zullen de rookgassen ongeveer 65 vol.% H20 bevatten. De partiële druk van de waterdamp is dan ongeveer 0,6 Bar. De condensatiepunttemperatuur die bij deze waarde hoort is 86°C. Aldus werd geconcludeerd dat de temperatuur van de rookgassen te allen tijde boven het condensatiepunt moet blijven, tenzij maatregelen worden genomen om corrosie tegen te gaan.Figure 7 shows the drop in the volume fraction of nitrogen to zero due to the fact that no more nitrogen is added to the process when 100% oxygen is used as the primary combustion gas. As the percentage of nitrogen in the flue gas decreases, the volume fraction of the other components in the flue gas, in particular that of H2O and CO2, increases. This has the advantage that if the percentage of oxygen in the primary evaporative gas is increased, the volume percentage of harmful gases produced, such as NO, NO2, N20, NOX, which are environmentally polluting, decreases. With an increase in the volume fraction of the components in the flue gases, the condensation point of each component was taken into account. When the temperature of the flue gases falls below the condensation point temperature of the components contained therein, the components will transition from the gaseous phase to the liquid phase. A phase transition of the components must always be prevented due to corrosion problems. Research has shown that the condensation point of water vapor is decisive. In the most extreme case when the supplied primary combustion air consists of 100% oxygen, the flue gases will contain about 65% by volume H 2 O. The partial pressure of the water vapor is then about 0.6 Bar. The condensation point temperature associated with this value is 86 ° C. It was thus concluded that the temperature of the flue gases should remain above the condensation point at all times, unless measures are taken to prevent corrosion.

5) Bij het onderzoek naar de gevolgen van het verbranden met de verrijkte lucht op de energiebenutting, is als uitgangspunt de energiebalans van de afvalverbrandingsinstallatie in Alkmaar Boekelemeer in Nederland genomen, zoals deze momenteel is, waar het bruto elektrisch rendement 26,5% bedraagt, waarbij het rendement wordt berekend door:5) In research into the consequences of combustion with the enriched air on energy use, the starting point was the energy balance of the waste incineration plant in Alkmaar Boekelemeer in the Netherlands, as it currently is, where the gross electrical efficiency is 26.5%, where the yield is calculated by:

Ten aanzien van de berekeningen met betrekking tot de invoer van de toepassing van het zuurstofverrijkte verbrandingsgas op de energiebenutting, werden twee variaties bekeken:With regard to the calculations regarding the input of the application of the oxygen-enriched combustion gas to the energy utilization, two variations were considered:

Ten eerste gevolgen voor energiebenutting bij een nieuwe installatie.Firstly, consequences for energy use in a new installation.

Ten tweede gevolgen voor energiebenutting bij een bestaande installatie.Secondly, consequences for energy use in an existing installation.

Voor een nieuwe installatie, ontwikkeld om de voordelen van de onderhavige uitvinding in acht te nemen, zal meer energie voor stoomopwekking beschikbaar zijn (zie figuur 8 en figuur 10) hetgeen tot een verhoging in het bruto elektrisch rendement van de installatie van ongeveer 26% tot 30% leidt. Het opgewekte elektrische vermogen per afvalverbrandingslijn zal stijgen van 13,8 naar ongeveer 15 MW zoals in figuur 9 en figuur 10 getoond.For a new installation, developed to take into account the advantages of the present invention, more energy for steam generation will be available (see figure 8 and figure 10) which will increase the gross electrical efficiency of the installation from about 26% to 30% leads. The generated electric power per waste incineration line will increase from 13.8 to about 15 MW as shown in figure 9 and figure 10.

Bij zowel nieuwe als bestaande installaties zal het thermische energieverlies via de schoorsteen afnemen van ongeveer 6,2 naar 2,1 MW met gebruik van zuurstofverrijkt primair verbrandingsgas. Verklaring voor deze afname is een afname van de hoeveelheid rookgas naar de rookgasreiniger.In both new and existing installations, the thermal energy loss through the chimney will decrease from approximately 6.2 to 2.1 MW using oxygen-enriched primary combustion gas. The explanation for this decrease is a decrease in the amount of flue gas to the flue gas cleaner.

De rookgasverliezen zijn berekend met behulp van de formule M*Cp*AT. De Cp-waarde van de rookgassen, concentratiewaar-den, zal wel toenemen, maar deze toename heeft minder effect op de schoorsteenverliezen dan de afname van de hoeveelheid rookgassen.The flue gas losses are calculated using the formula M * Cp * AT. The Cp value of the flue gases, concentration values, will increase, but this increase has less effect on the chimney losses than the decrease in the amount of flue gases.

Een ander voordeel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is dat de vuurhaardtemperatuur gemakkelijk hoger ingesteld kan worden, zodat de slakkwaliteit wordt verbeterd. De redenen hiervoor zijn de volgende: 1) de in de brandstof aanwezige vluchtige zware metalen zullen bij een hogere vuurhaardtemperatuur voor een groter deel verdampen en dus minder in de slakken voorkomen, wat minder uitloging van deze stoffen met zich mee brengt, en 2) het organisch materiaal in de brandstof zal door een verhoging van de vuurhaardtemperatuur voor een groter deel verbrand worden. Dit heeft een gunstig effect op het uitlooggedrag van met name koper. Dit effect wordt toegeschreven aan het feit dat koper oplosbare complexen vormt met het onverbrande organische materiaal.Another advantage of the method according to the present invention is that the furnace temperature can easily be set higher, so that the slag quality is improved. The reasons for this are the following: 1) the volatile heavy metals present in the fuel will evaporate to a greater extent at a higher furnace temperature and thus occur less in the slag, which means less leaching of these substances, and 2) the organic matter in the fuel will be burned to a greater extent by an increase in the combustion chamber temperature. This has a favorable effect on the leaching behavior of copper in particular. This effect is attributed to the fact that copper forms soluble complexes with the unburnt organic material.

Een samenvatting van de onderzoeksresultaten wordt in tabel 10 getoond.A summary of the study results is shown in Table 10.

Het zal duidelijk zijn dat de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding toepasbaar is bij alle verbrandingsprocessen bijvoorbeeld zowel energieopwekkingsprocessen als afvalverbrandingsprocessen. Als zodanig wordt de onderhavige uitvinding niet door de hierboven beschrevene beperkt, maar wordt eerder bepaald door het bereik van de hierna volgende conclusies.It will be clear that the method according to the present invention can be used in all combustion processes, for example both energy generation processes and waste incineration processes. As such, the present invention is not limited by those described above, but rather is defined by the scope of the following claims.

Claims

A method for burning material, such as waste, fuel or the like, comprising the steps of: feeding the material to be burned into a combustion space, - introducing a stream of primary combustion gas into the combustion space, comprising at least 25 vol. % oxygen, - burning the material in the combustion space at a predetermined temperature for a predetermined time, - leading the flue gas formed during combustion of the material away from the combustion space, and - returning one predetermined part of this flue gas, or secondary flue gas, to the combustion chamber.

The method of claim 1, wherein the combustion temperature is at least about 850 ° C and at most about 1,750 ° C.

The method of claim 2, wherein the combustion temperature is at least about 1,000 ° C and at most about 1,300 ° C.

The method of claim 3, wherein the combustion temperature is about 1,150 ° C.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the amount of secondary flue gas recycled to the combustion space is between about 5% and 80%.

The method of claim 5, wherein the amount of secondary flue gas returned to the combustion space is between about 20% and 70%.

A method according to any preceding claim, wherein the flue gas is kept above a temperature of about 86 ° C.

The method of claim 7, wherein the secondary flue gas is filtered before being returned to the combustion space.

Burner for the combustion of material, such as waste, fuel or the like, comprising: a material supply for supplying the material to be burned to a combustion space, - first guiding means for guiding a flow of primary combustion gas to material, - second guiding means for diverting flue gas of the material from the combustion space, - third guiding means for returning a predetermined part of this flue gas, the secondary flue gas, to the combustion space and - a filter for filtering the secondary flue gas, before returning it to the combustion space is led.

Burner according to claim 9, wherein the supply of material is a funnel, the moving means being formed by a series of grids, the first, second and third guiding means being formed by fans and the filter being an electrofilter.

Use of an incinerator according to 9 and 10 for carrying out a method according to claims 1-8.