NO147529B - Fremgangsmaate for behandling av et materiale som foeres inn i en hvirvelskiktovn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling av materialer som føres inn i en hvirvelskiktovn som egner seg for behandling av forskjellig slam, avluter fra cellu-losekokeprosesser samt andre brennbare materialer.

Det er tidligere kjent at en hvirvelskiktovn kan benyt-tes for forbrenning av forskjellige materialer. Materialet føres derved til ovnens skikt, hvor det kommer i kontakt med det varme fluidiserte skiktmateriale. Som et eksempel på en lignende til-pasning kan nevnes US patent 3.319.586 som beskriver forbrenning av slam inneholdende organiske stoffer. På grunn av disse mate-rialers høye fuktighetsinnhold medfører forbrenningen i en hvirvelskiktovn problemer.

Ved mekanisk behandling er det f.eks. mulig å fjerne så meget vann fra kommunalslam at dets tørrstoffinnhold utgjør ca. 20 %. Hvis egnede kjemikalier tilsettes, slik som kalk og jern-klorid, kan et tørrstoffinnhold på ca. 45 % oppnåes, hvorved forbrenningen i en hvirvelskiktovn skjer autogent. Hvis tørrstoff-innholdet er lavere, er det nødvendig å tilføre støttebrensel til ovnen for å opprettholde forbrenningen. Fra de fleste industri-avfallsslam er det mulig å fjerne bare så meget vann på mekanisk vei at tørrstoffinnholdet blir under 20 %. Forbrenningen av så-dant slam forårsaker høye driftsomkostninger, hvilke øker med stigende fuktighetsinnhold hos materialet.

For å forbedre forbrenningsprosessens varmeøkonomi kan forbrenningsgassenes varme utnyttes til tørkning av slammet, enten ved direkte eller indirekte varmeoverføring. Ved den direkte metode bringes forbrenningsgassene i direkte kontakt med slammet, og avgassene kommer derfor til å inneholde illeluktende gasser.

Da gassvolumet er stort, medfører forbrenningen av de luktende bestanddeler betydelige omkostninger. Den indirekte metode for-drer store . varmeoyer føringsfla:ter /."hvilket medf ører høye anleggs-omkostninger.

Det kanadiske patent 524.796 viser et eksempel på en metode hvor slam tørkes ved å bringe det i kontakt med forbrennings-gasser. -

Det har også vært foreslått å forbrenne avluter i hvirvelskiktovner. Som et eksempel på en slik anvendelse kan nevnes US patent 3.635.790. Fordi forbrenningstemperaturen må holdes lavere enn kjemikalienes smeltepunkt, f.eks. maksimalt 750°C, da avluter inneholdende natrium brenner, må forbrenningen skje innen et temperaturområde hvor det er vanskelig å opprettholde en stabil forbrenning. Temperaturen kan begrenses ved å mate til ovnen en avlut som har et lavt tørrstoffinnhold, eller ved å kjøle proses-sen med et stort overskudd av luft. I begge tilfeller blir ovnen stor og vanskelig å styre.

Forgasning av fast organisk materiale har tidligere vært utført f.eks. ved hjelp av en metode som beskrives i US patent 3.840.353, hvor et granulert carbonholdig brensel mates inn i en hvirvelskiktreaktor, og faste partikler som utskilles fra røkgassene returneres til den. Forbrenningen og forgasningen skjer i samme reaksjonskar, hvorfor det er vanskelig å styre reak-sjonene på ønsket måte.

For å unngå de ovennevnte ulemper har det vært foreslått å bringe materialet som skal behandles i kontakt med varmt materiale fra ovnens skikt innen det mates inn i hvirvelskiktovnen. En slik metode beskrives i den tyske patentsøknad 25 32 994. En av

metodens ulemper er at skiktmaterialet må transporteres fra ovnen og tilbake til denne, og en annen ulempe er de reguleringsproble-mer som oppstår når materialmengden som skal behandles eller materialets fuktighetsinnhold varierer. Skiktmaterialets samt anord-ningens slitasje medfører også problemer. Når varmeenergi for av-dampning av vann taes fra skiktet, må tilsvarende mengde varme

overføres til dette, dvs. forbrenningen må skje i skiktet som derfor må være relativt stort. Materialet må tilføres skiktet for-., delt langs flere ledninger, hvilket ytterligere fordyrer anleggs-omkostningene.

Gassene som avgår fra en hvirvelskiktovns brennkammer inneholder fint støv som kan fraskilles, f.eks. i en cyklonsepa-rator. Støvet inneholder aske, fine partikler fra skiktmaterialet og vanligvis nyttige kjemikalier. Dets varmeinnhold er betydelig. Avhengig av den hastighet på luften som strømmer gjennom hvirvelskiktovnen kan dens funksjonsmåte variere. Jo høyere hastigheten er, desto mere skiktmateriale rives med av den fluidiserende luft, og desto flere fine partikler vil avgå med røkgassene.

US patentskrift 3.309.262 angår en fremgangsmåte for behandling av avluter i en hvirvelskiktovn som omfatter et sirkulasjonssystem for støv som innbefatter en cyklonfraskiller 4, hvor støvet fraskilles røkgassene, en rørledning 30 som leder det fraskilte støv ti_l en. skxue_ 5.» g om r^^ nrnorgr dette. t-LL hvirvelskiktovnen. Inert skiktmateriale kan ved behov innmates via samme skrue. Dessuten kan fine partikler som fraskilles produktet som uttas fra ovnens skikt gjennom ledning 16 og som avskilles i sortereren 7, tilbakeføres til ovnen ved hjelp av denne skrue. Det varme støv fra cyklon 4 eller de varme fine partikler fra sortereren 7 som tilbakeføres til ovnen, bringes ikke, innen det innmates i ovnen, i kontakt med det materiale som skal behandles i ovnen, og som innmates i dens øvre del.

Noen varmebehandling av materialet som skal behandles i ovnen finner overhodet ikke sted.

Røkgassene, fra hvilke støv er fraskilt i cyklonfraskilleren 4 ledes derefter til en skrubber 8 hvor det vaskes med væske. Væsken separeres fra gassene og ledes sammen med partikler, som er avskilt via et trau 35, ledning 37 enten til skrubberen 8 eller til beholderen 17 for materialet som skal behandles. Eftersom røkgassene hvis innhold av fast materiale er lavt, allerede er behandlet i cyklonfraskilleren 4 innen de kommer til skrubber-en 8, inneholder gassene som vaskes, og fra hvilke partikler separeres, bare ubetydelige mengder fas materiale. Eftersom gassene behandles med væske, er partiklene som eventuelt innføres i materialbeholderen avkjølte. Materialet som skal behandles i ovnen kommer ikke i kontakt med varme partikler utenfor ovnen.

Det vesentlige trekk ved den foreliggende oppfinnelse er at det materiale som skal behandles i ovnen, forvarmes med varme partikler skilt fra røkgassene, innen det innmates i ovnen.

Oppfinnelsen er beregnet på å anvendes i forbindelse

med hvirvelskiktovner hvor den gjennomstrømmende gass' hastighet er så høy at gassene, når de strømmer ut av ovnen, inneholder rikelige-merigder_.fine partikler som skilles fra gassene og tilbakeføres til ovnen. Slike ovner hvor skiktmaterialet sirkulerer, er i og for seg kjente. Disse ovner utviser ikke,

som ovnene vist i US patentskrift 3.309.262 og 2.650.084, et skikt som er avgrenset mot et gassrom over dette, men hele ovnen er fylt med skiktpartikler slik som skjematisk vist på Fig. 1

i foreliggende søknad.

I den anordning sem er vist i US patentskrift 2.6 5 0.084 forvarmes materialet ved hjelp av røkgassene. Eftersom man ut-trykkelig har tatt forholdsregler for å forhindre a_t. fasta oar-tikler avgår fra ovnen, er det klart at materialets oppvarmning ikke beror på forekomsten av eventuelle varme partikler i røk-gassene.

I denne anordning som er vist i US patentskrift 3.309.262 skjer der, som tidligere nevnt, heller ingen oppvarmning ved hjelp av varme partikler som er fjernet fra røkgassene.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for behandling av materialer som føres inn i en hvirvelskiktovn, hvor faste partikler skilles fra røkgassene som strømmer ut av ovnens øvre del og tilbakeføres til ovnens nedre del, og fremgangsmåten er særpreget ved at materialet forvarmes med varme partikler som er adskilt fra røkgassene umiddelbart innen det mates inn i hvirvelskiktovnen.

Hvirvelskiktovenen funksjonerer derved på en slik måte at hastigheten av luften som strømmer gjennom ovnen er mellom 1 og 10 m/s.

Fordelene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i sam-menligning med tidligere kjent hvirvelskiktteknikk er følgende: Den nye fremgangsmåte krever merkbart mindre energi i form av støttebrensel ved forbrenning av fuktig slam enn tidligere kjente hvirvelskiktprosesser.

Røkgassenes volum i den nye fremgangsmåte er ca. 50 % av tilsvarende volum ifølge tidligere kjent hvirvelskiktteknikk. Følgelig blir hvirvelskiktovnen og gassrensningsapparaturen meget mindre.

Omblandingsforholdene i den nye fremgangsmåte er mere fordelaktig enn i tidligere kjent hvirvelskiktteknikk. Følgelig blir forbrenningstettheten høyere, og det krevede volum mindre.

På grunn av hvirvelskiktovnens mindre volum og den mere effektive omblanding er det lettere å mate inn materialet som skal behandles i ovnen. Spesielt innmatning av torv medfører problemer og høye omkostninger i tidligere kjent hvirvelskiktteknikk.

På grunn av de resirkulerte partiklers strålinqsevne

er forbrenningen stabil også ved lave temperaturer. De resirkulerte partiklers stabiliserende innflytelse medvirker også til dette.

På grunn av at fuktigheten i materialet avdampes før forbrenningen kommer forbrenningstemperaturen til å øke, og på grunn av hvirvelskiktets store varmeoverføringsevne vil varmeover-føringsoverflåtene for dampdannelsen bli mindre.

Trykktapene i hvirvelskiktovnen samt kraftbehovet for viften blir mindre.

Den nye fremgangsmåte gjør det mulig å ivareta avdamp-ningsvarme for oppvarmning.

Hvirvelskiktovnen i hvilken den nye fremgangsmåte anvendes er lett å regulere.

Oppfinnelsen beskrives i det følgende nærmere under henvisning til den medfølgende tegning hvor

Figurenviser et flytskjema for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tilpasset forbrenning av slam.

I figuren som viser et system for forbrenning av slam betegner henvisningstall 1 en hvirvelskiktovn omfattende et luft-kammer 2, en rist 3 og et brennkammer 4. Ovenfor risten finnes et skiktmateriale 5 som fluidiseres av og drives med av luft som tilføres gjennom risten. Luft for fluidisering og forbrenning tilføres til luftkammeret gjennom ledning 6. Sekundærluft for forbrenningen tilføres til brennkammeret gjennom ledningene 7, 8

og 9. Forbrenningsgassene og andre gasser som oppstår gjennom kjemiske reaksjoner, forlater ovnen gjennom ledning 10 fra hvil-

ken røkgassene strømmer til en støvavskiller 11, en luftforvarmer 12 og en gassvasker 13. Ved behov kan støttebrensel tilføres gjennom ledning 14. Skiktmaterialet kan tilføres til ovnen gjen-

nom ledning 15 i en omblander 16.

Støvpartikler som rives med av gassene, fraskilles fra røkgassene i støvavskilleren og føres til omblanderen hvor de kommer i kontakt med slammet som tilføres gjennom ledning 17. Omblanderen er forsynt med to blandeskruer som roterer i motsatt retning og derved tilveiebringer en effektiv omblanding av slam-

met med" det varme støv mens det transporteres" tif utløpserrdreTr av~ omblanderen fra hvilken det mates til ovnen gjennom ledning 18.

I omblanderen skjer en forvarming- og. tørking av slammet, hvorved oppstår damp som føres til en støvavskiller 20 gjennom ledning 19

og videre til en kondensator 21. Kondensert væske avgår fra kon-densatorens nedre del, f.eks. til et vannrenseanlegg, og ukonden-serbare gasser fra dens øvre del til ovnen for å forbrennes, for-

di de inneholder illeluktende bestanddeler. En del av de partik-

ler som fraskilles i støvavskilleren, føres gjennom ledning 22 for å regulere mengden av det resirkulerte materiale.

Når systemet ifølge figurenanvendes for forgasning av

fuktig organisk materiale, mates det fuktige materiale 17 til omblanderen 16 hvor varmt støv som fraskilles i støvavskilleren 11 innblandes i det. Vann avdampes og avgår sammen med eventuelt fordampede brennbare komponenter til støvavskilleren 20 hvor støv-partiklene fraskilles fra gassen. Fra støvavskilleren strømmer gassen til kondensatoren 21, hvor størstedelen av dampen konden-

seres. Den gjenværende del av gassen føres til hvirvelskiktovnen 1. Det tørkede materiale og partiklene som har vært utnyttet som varmemedium, innmates i hvirvelskiktovnen hvor det brennbare materiale delvis forbrennes, og den uforbrente del avgår, hovedsa-

kelig i gassform gjennom syklonseparatoren 11 til det anlegg hvor gassen utnyttes, f.eks. en dampkjele. Den gass som dannes på

denne måte har et meget mindre innhold av inerte gasser enn den ville ha hvis det brennbare materiale var blitt tilført til ovnen i fuktig tilstand, fordi vannet er blitt fjernet fra materialet innen forgasningen skjer. Hvis materialet var blitt tørket direkte ved hjelp av varme gasser fra ovnen, ville endel av de brennbare komponenter ha avgått med tørkegassene. Den dannede brenn-gass er derfor bedre, og er dessuten blitt produsert ved hjelp av enkle, midler.

Oppfinnelsen illustreres ytterligere ved følgende eksempel:

Eksempel Forbrenning av kommunalslam (fig. 1)

Slammets tørrstoffinnhold 20 %

Støvinnhold beregnet på tørrstoffet 30 %

Kalorimetrisk varmeverdi 16 MJ/kg tørrstoff

Den forvarmede lufts temperatur 500°C

Støv med en temperatur på 800°C, som var avskilt fra røkgassene ble innblandet i slammet, og det tørkede slam med en temperatur på 100°C ble matet inn i ovnen.

Som det fremgår av ovenstående eksempel skjer forbrenningen praktisk talt autogent, da, ifølge oppfinnelsen vannet fjernes fra slammet innen det mates i ovnen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for behandling av materialer som føres inn i en hvirvelskiktovn, hvor faste partikler skilles fra røk-gassene som strømmer ut av ovnens øvre del og tilbakeføres til ovnens nedre del, karakterisert ved at materialet forvarmes med varme partikler som er adskilt fra røkgassene umiddelbart innen det mates inn i hvirvelskiktovnen..
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakteris evr t ved at gasser dannet ved kontakt med materialet og de varme partikler bortføres innen materialet innmates i hvirvelskiktovnen.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at minst en del av den dannede gass innføres i hvirvelskiktovnen .