NO141025B - Fremgangsmaate og apparat til forbrenning av avfall - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for brenning av avfall og søppel og særlig kjeler for brenning av avfall som en del av brenslet.

Den jevne økning av volumet av byavfall skaper økende problemer knyttet til fjernelse av avfall. Avfallet blir stadig mindre tett, hvilket vil si at 'volumet, øker mer enn vekten.

Avfallets kaloriske verdi har stadig økt i de siste 3 0 år fordi papirmengden og plastmengden i avfallet har øket mens askeinnholdet har gått ned.

Ettersom antallet av passende dumpingsplasser eller lag-ringsplasser avtar, særlig i nærheten av større byområder, har man hatt en økning i mengden av avfall som brennes i avfallsbrennovner for reduksjon av volumet til et mer håndterbart nivå. En viss varmemengde har man gjenvunnet fra slike forbrenningsovner, men det er reduksjonen i volum som hittil har vært det viktigste* frem-for varmegjenvinningen. Til dato har det vært ganske få tilfredsstillende installasjoner som benytter avfall som vesentlig kilde for energi.

Installasjoner beslektet med oppfinnelsens gjenstand

er tidligere beskrevet i britisk patent 366 307 og 436 708 hhv. fra 1932 og 1935. Det er ikke kjent om oppfinnelsene som er beskrevet i disse patenter har vært utøvet, men det ser ut til at oppfinnelsen kunne være vanske-lg å bruke i praksdsv For" det før-1 - - ste trenges det omfattende ombygninger av eksisterende ovner og forutsettes det tilsetning av store mengder avfall til et eksisterende kullag. Videre tilsettes avfallet fra forsiden av ovnen, dvs. fra frontveggen, hvilket innebærer at det ikke er mulig å oppnå suspensjonsforbrenning av avfallet. Dette vil resultere i et tykkere lag av avfall som påføres kullaget. Selv om avfallet skulle kastes raskt inn fra frontveggen, ville det falle bak i ovnen oppå kullaget og ville ikke brenne effektivt før passering

av enheten for bortføring av aske.

Ifølge det britiske patent 366 307 omrøres det bevegelige kullag ved hjelp av frem og tilbake bevegelige skinner for sammenblanding av avfall og kull. Dette ville være et vanskelig system å installere og ville resultere i store avfallsområder i kullet som brennes gjennom og som danner baner for lett utslipping av luft fra luftkammeret under ildristen.

Ved utførelsen ifølge det britiske patent 4 36 708 påfø-res et meget tykt lag avfall på et<;>forholdsvis tynt lag kull, og-så i dette tilfelle på forsiden arkjederisten og det er kjent at disse tykke lag med avfall ikke forbrenner fullstendig og er util-fredsstillende når det dreier seg om fremstilling av damp.

Ved hjelp av oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for brenning av avfall som omfatter de trinn å opprette et i det vesentlige ensartet lag av brennende kull på en bevegelig ristbunn, hvor laget av brennende kull er anordnet ved den nedre ende av et forbrenningskammer, og å innskyte avfall i partikkelform gjennom forbrenningskammerets bakre vegg i den motsatte retning til bevegelsen av ristens bevegelse.

Avfallet kan inngis ved at det blandes inn i en luft-strøm rettet inn i forbrenningskammeret. Luftstrømmen kan være rettet parallelt med risten.

Det kan være en klassifiseringsluftstrøm som er rettet opp ved den bevegelige avfallsstrøm på innsiden av forbrenningskammeret. Klassifiseringsluftstrømmen kan være anordnet med i det vesentlige det samme trykk som luftstrømmen som tar med seg avfallet. Risten kan være en bevegelig kjederist.

Kullaget er fortrinnsvis antent tvers igjennom og brenner før laget beveges inn i området hvor avfallet kan lande på kullaget, og videre kan det være gjennomgående antent og brenne i en bue i ovnen over innløpsenden av risten.

Avfallet kan ha en sådan partikkelstørrelsesfordeling at 80% av avfallet har et gjennomsnitts tverrmål på mindre enn 5 cm og avfallet kan være behandlet for bortføring av magnetiske partikler.

Det kan være 50% luftoverskudd ved tilførselen til forbrenningskammeret sammenlignet med den luftmengde som teoretisk kreves for oksydering av kull og avfall. Avfallet kan tilføre 25-75% av den totale varmetilførsel til forbrenningskammeret. Den luftstrøm som opptar avfallet, kan tilføre 10% av det totale luftvolum til forbrenningskammeret og den sekundære klassifiserings-luf tstrøm kan tilføre ytterligere 10%.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av et eksempel under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et snitt gjennom en ovn med bevegelig rist, og fig. 2 er et diagram som viser dampytelsen i forhold til tiden.

Ovnen omfatter et vanlig forbrenningskammer, men med vannrør-forede vegger 2 og en bevegelig kjederist 3 i bunnen. Kull 4 tilføres fra en trakt 5 ved ristens frontende og fordeles jevnt over ristens bredde, slik at det fåes en jevnt styrt tykkelse 6 i området fra 20 til 32 cm. Tykkelsen styres ved hjelp av en passende grinn 7, som kan løftes eller senkes etter behov. Luf-ten passerer risten 3 i retning av pilene 8 til forbrenning av kull på vanlig måte.

Forbrenningskammerets 1 bakre vegg 9' har en åpning eller åpninger 10, hvori det er montert en innkaster 13. Luft 11 med stor hastighet føres gjennom innkasteren. Deler av oppkvernet husholdningsavfall faller ned i luftstrømmen ved innkasteren og drives frem inn i forbrenningskammeret. De tyngre deler kastes frem langs de strekede linjer 15 og faller på det bevegelige kull-lag og brennes sammen med kullet. Mens det luftbrente oppmalte avfall kommer inn i forbrenningskammeret, ledes en luftstrøm 14 med stor hastighet nedenfra oppover og avbøyer og bærer bort de lettere fraksjoner av avfallet inn i forbrenningskammerets øvre område hvor forbrenningen skjer i svevende sone. Luftstrømmen 14 avbøyer også de tyngre partikler eller deler, slik at disse spres over hele bredden av risten. Nærværet av det kontinuerlige kull-lag innebærer at en riktig flamme er etablert i forbrenningskammeret og de tyngre partikler av avfall havner på det bevegelige lag og brennes sammen med dette.

Man har foreslått å innføre avfall med"kull i en Detroit stoker. En Detroit stoker omfatter en bevegelig rist som ikke forsynes med kull ved hjelp av en trakt og dam, men hvor et kullag blåses opp på risten fra passende injektorer i ovnens bakre vegg. Man har foreslått at avfallet skulle blandes med kull som blåses inn i Detroit stokeren. Det har imidlertid vist seg at en slik anordning uheldigvis fører til at avfallet har lett for å danne adskilte småøyer i kullmassen og at disse øyer brenner ut ganske raskt og tillater luft å passere lett gjennom det bevegelige materiallag på risten. Følgen er at forbrenningen av kull blir ufullstendig og de lokale luftstrømmer med stor hastighet gjennom ma-teriallaget på risten forårsaker at utilbørlige mengder med støv dannes og støvet passerer forbrenningskammeret og kan føre til overbelastning av utstyret for oppfangning av støv.

Forholdene over et kontinuerlig materiallag som er tilveiebragt i samsvar med oppfinnelsen er adskillig lettere. Man kan f.eks. se at papiraske svever jevnt inne i forbrenningskammeret over det bevegelige kullag og aske blåses ikke ut inn i opp-fangningsutstyret.

Tidligere kjente konvensjonelle forbrenningsovner for avfall hadde ofte et lag med et avfall med tykkelse fra omtrent 9 til 25 dm og dette avfall kunne i praksis ikke forbrenne fullstendig. Den totale tykkelse av avfall på kullaget ifølge oppfinnelsen vil normalt ikke overskride 3,5 dm.

Den varmemengde som avgis av en bestemt mengde avfall, utgjør omtrent 50% av ekvivalent vektmengde av industriell kull. Varmeytelsen av kjelen kan utgjøre opp til 75% av varmen fra avfallet. Den varme som utvikles, brukes til fordampning av vann til fremstilling av damp på vanlig måte. Aske som dannes fra avfallet, beveger seg langs risten 3 og behandles på samme måte som kullasken som dannes i forbrenningsovnen.

Det er lett å forstå at installasjonen utnytter det meste om ikke alt utstyr i de eksisterende kullfyrte forbrenningsovner med bevegelig rist og at installeringsomkostningene knyttet til installering av avfallsbrenneren er meget lave. Man vil også forstå at avfallet begynner å bli en verdifull brennstoffkilde og hovedhensikten er å tilveiebringe en billig brennstoffkilde og ikke bare å oppnå en reduksjon av avfallsvolumet som man hånd-terer.

Ved blåsning av avfallet i forbrenningskammeret oppnås at størst mulig flateareal av avfallet kommer i intim berøring med tilstrekkelig mengde forbrenningsluft, slik at forbrennings-hastigheten av avfallet øker.

Fig. 2 illustrerer forholdet mellom dampytelsen og tiden for en kjele som er modifisert til forbrenning av avfall i samsvar med oppfinnelsen. På diagrammet er dampmengden vist i pund pr. time, slik at verdiene må multipliseres med 0,454 for omdannelse til kg pr. time. Det fremgår av diagrammet at kjelen i løpet av nattperioden fra omtrent kl. 19 til kl. 6 arbeider

med en dampytelse på omtrent 6,75 tonn (15 000 pound) pr. time.

I dagsperioden er ytelsen omtrent 22,5 til 35,0 tonn pr. time.

Under forsøksdrift ble 5 tonn fyllinger med avfall ført inn i forbrenningsovnen, den første ved 10.45, den andre ved 12.30, den tredje ved 14, den fjerde ved 15.45 og den siste fyl-ling ved 16.45. Det fremgår av diagrammet at kjelen reagerte umiddelbart ved økning av dampytelsen fra omtrent 14Y4 tonn (32.000 pounds) kl. 10.45 til en topp på 31,5 tonn (70 000 pounds) og med etterfølgende utjevning mellom 27 og 29,3 tonn (60 000 - 65 000 pounds). Dette mønster gjentok seg hver gang og det umid-delbare utbytte oppnådd fra avfallet fremgår klart av diagrammet på fig. 2.

Om nødvendig kan avfallet brennes kontinuerlig, slik at dalene mellom kurvens topper oppheves. Det vil fremgå at grunn-belastningen mellom dalene og kurven skaffes ved varmeytelsen fra kullaget selv.

Ytterligere forsøle har vist at en ytelse på 34 tonn (75 000 pounds) pr. time lett kan oppnås med en tilfredsstillende tilførsel av avfall. Man vil derfor se at kjelens ytelse var 1/3 fra kullaget og 2/3 fra avfallet. Dette er meget mer enn hva som hittil har vært mulig å oppnå ved hjelp av tidligere kjente kjele-anordninger.

Hvis avfallet ble blandet med kull, ville dette påvirke skadelig fordelingen av luft gjennom risten og føre til forstyr-ret og ufullstendig forbrenningstilstand som ville redusere den termiske virkningsgrad til et uakseptabelt nivå. Da det er meget lite rom mellom overflaten av kullaget 6 og flaten 16, er det ik-ke mulig å påføre et lag avfall på toppen av kullaget 6. Selv om forbrenningsovnen ble modifisert for å tillate dette, ville det ikke være mulig å oppnå et så stort overflateareal til forbrenning av avfallet sammenlignet med innskytningssystemet ifølge oppfinnelsen.

Man har funnet at de beste resultater oppnås når kullaget er antent helt gjennom og brenner før det går ut fra rommet under hvelvet dannet av flaten 1€. Når kullaget er helt brennende, viser det seg at avfallet fordeles helt jevnt over det brennende lag. Hvis kullaget bare brenner delvis, viser det -seg at avfallet har lett for å samle seg opp i hauger og ikke fordeles jevnt. Det er ikke kjent hvorfor dette skjer, men det kan antas at en grundig gjennombrenning av laget forårsaker lokale ekstra 1 strømmer av luft umiddelbart over laget og at disse strømmer bidrar til jevn fordeling av avfallet.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for brenning av avfall, karakterisert ved at det opprettes et i det vesentlige jevnt lag av brennende kull på en bevegelig ristbunn, hvor laget av brennende kull er plassert i den nedre del av et forbrenningskammer, og hvcr avfall inngis i partikkelform eller oppdelt form gjennom forbrenningskammerets bakre vegg i retning motsatt til retningen for ristens ,,bevegelse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kullaget holdes grundig antent og brennende før det føres inn i området hvor avfallet kan påføres laget.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at avfallet brennes i en ovn med et hvelv eller en bue over innløpsenden av risten og hvor kullet holdes grundig antent og brennende før det forlater hvelvet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at avfallet skytes inn ved at det rives med av en luftstrøm rettet innover i forbrenningskammeret.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at luftstrømmen ledes parallelt med risten.

6. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at en sekundær,klassifise-rende eller sorterende luftstrøm rettes opp mot den bevegelige avfallsstrøm på innsiden av forbrenningskammeret.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at sorteringsluftstrømmen tilføres med i det vesentlige samme trykk som luftstrømmen som river med seg avfallet.

8. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av dé foregående krav, karakterisert ved at risten er en bevegelig kjederist.

9. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1 til 8, karakterisert ved at der er en luftmatning gjennom den bevegelige ristbunn.

10. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at avfallet har en slik par-tikkelfordeling eller smådelfordeling at 80% av avfallet har et gjennomsnittstverrmål på mindre enn 5 cm.

11. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det arbeides med 50% luftoverskudd til forbrenningskammeret sammenlignet med hva som kreves normalt for fullstendig forbrenning av kull og avfall.

12. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at forbrenningen av avfallet utgjør omtrent 25-75% av den totale varmeproduksjon i forbrenningskammeret .

13. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at luftstrømmen som river med seg avfallet, utgjør 5 til 15% av det totale luftvolum som tilføres forbrenningskammeret og at sekundærluftstrømmen også bidrar med 5 til 15% av det totale luftvolum som tilføres forbrenningskammeret. •

14. Kombinert kull- og avfallsbrenneranordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av de foregående krav og omfattende et forbrenningskammer med front-, bak- og sidevegger samt en rist og tilføringsinnretninger for brensel, karakterisert ved at risten (3) er anordnet bevegelig i kammerets nedre del fra frontveggen (2) mot bakveggen (9) for anbringelse av et i det vesentlige jevnt lag med brennende kull, og at innretninger (10,13) til innskytning av avfall i smådelt form i retning motsatt ristens bevegelsesretning er anordnet i den bakre vegg (9).

15. Anordning ifølge krav 14, karakterisert ved at innskytningsinnretningene for avfallet omfatter en innretning for innføring av en luftstrøm som under drift bringer med seg avfallet og bærer det inn i forbrenningskammeret.

16. Anordning ifølge krav 15, karakterisert ved at den omfatter en innretning for tilførsel av en sekundær, sorterende luftstrøm (14) som er rettet oppover mot den bevegelige strøm av avfall på risten i forbrenningskammeret.