NO149709B

NO149709B - Incinerator.

Info

Publication number: NO149709B
Application number: NO812569A
Authority: NO
Inventors: Bjoern Nielsen
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1981-07-28
Filing date: 1981-07-28
Publication date: 1984-02-27
Also published as: NO812569L; NO149709C

Description

Oppfinnelsen vedrører en forbedret forbrenningsovn for kontrollert forbrenning av brennstoff eller avfall og nærmere bestemt en spesiell konstruktiv utforming av ovnens gass-passasjeparti til etterforbrenningssone. The invention relates to an improved incinerator for controlled combustion of fuel or waste and, more specifically, to a special constructive design of the gas passage part of the furnace to the afterburning zone.

Forbrenningsovnen er eksempelvis egnet for destruksjon av vanskelig avfall i forbrenningsanlegg som anvendes uten til-knytning til etterfølgende gassrensing. Med hensyn til luft-forurensning er det viktig at slike forbrenningsanlegg sikrer mest mulig fullstendig forbrenning av avfallet og en effektiv utskilling av ikke brennbare partikler. Ved bruk av lavverdig brensel, f.eks. kull, kullsuspensjoner og lignende, kan andre anvendelser for ovnen ifølge oppfinnelsen, være fremstilling av varmemedia for dampproduksjon til dampturbiner eller oppvarming samt til gassgenerering, f,eks. i forbindelse med gassturbiner. The incinerator is, for example, suitable for the destruction of difficult waste in incineration plants that are used without connection to subsequent gas purification. With regard to air pollution, it is important that such incineration plants ensure the most complete combustion of the waste and an efficient separation of non-combustible particles. When using low-quality fuel, e.g. coal, coal suspensions and the like, other applications for the furnace according to the invention can be the production of heating media for steam production for steam turbines or heating as well as for gas generation, e.g. in connection with gas turbines.

I tillegg til de generelle miljøkrav til røykutslipp må. avgassene fra ovnen være forurensningsfrie for å unngå belegg-dannelse/slitasje og dermed nedsatt varmeovergangskoeffisient eller kort levetid på apparaturene. For å oppnå en tilnærmet optimal forbrenning er det vanlig å anvende flerkammer-forbrenningsovner hvor en ufullstendig forbrenning, ofte med underskudd på C^, finner sted i et primærforbrenningskammer og etterforbrenning finner sted i et sekundærkammer eller for-brenningssone med rikelig tilgang på sekundærluft. In addition to the general environmental requirements for smoke emissions must. the exhaust gases from the oven must be pollution-free to avoid coating formation/wear and thus a reduced heat transfer coefficient or a short lifespan of the equipment. In order to achieve an approximately optimal combustion, it is common to use multi-chamber incinerators where an incomplete combustion, often with a deficit of C^, takes place in a primary combustion chamber and post-combustion takes place in a secondary chamber or combustion zone with ample access to secondary air.

Ovnskonstruksjonen må tilfredsstille krav om en intim sammenblanding av forbrenningsprodukter fra primærkamret med sekundærluft og tilstrekkelig lang oppholdstid på uforbrente, faste partikler i sekundærkamret for å sikre en fullstendig utbrenning av disse. The furnace construction must satisfy requirements for an intimate mixing of combustion products from the primary chamber with secondary air and a sufficiently long residence time for unburnt, solid particles in the secondary chamber to ensure their complete combustion.

En ovn av denne type beskrives f.eks. i US-Pat.nr. 3,664,277. Mellom et primærforbrenningskammer og sekundærkammer er det innlagt et sylindrisk mikserkammer med tangensiell tilførsel av sekundærluft for å oppnå en rotasjon på gasstrømmen før inngangen til etterforbrenningskamret. An oven of this type is described e.g. in US Pat. no. 3,664,277. Between a primary combustion chamber and a secondary chamber, a cylindrical mixer chamber with a tangential supply of secondary air is inserted to achieve a rotation of the gas flow before entering the afterburner chamber.

En ulempe ved denne ovnkonstruksjon er at man anvender sekundærluft som den primære kilde til å oppnå en rotasjonsbevegelse på gasstrømmen i etterforbrenningskamrene. For å gi nødvendig impuls til en rotasjonsbevegelse opereres det til dels med et betydelig overskudd av sekundærluft utover det nødvendige kvantum for fullstendig forbrenning for å oppnå en rotasjonsbevegelse samt en intim sammenblanding med forbrennings-produktene fra primærkamret. Dette medfører at man ikke oppnår en.optimal etterforbrenning, dvs. en nærstøkiometrisk forbrenning med kontrollert oppholdstid for faste partikler i etterforbrenningskamret og fare for at relativt store, faste partikler medrives avgasser fra ovnen. A disadvantage of this furnace construction is that secondary air is used as the primary source to achieve a rotational movement of the gas flow in the afterburner chambers. In order to give the necessary impulse to a rotational movement, it is operated in part with a significant excess of secondary air beyond the required quantity for complete combustion to achieve a rotational movement and an intimate mixing with the combustion products from the primary chamber. This means that one does not achieve optimal afterburning, i.e. a near-stoichiometric combustion with a controlled residence time for solid particles in the afterburning chamber and the risk of relatively large, solid particles being entrained in exhaust gases from the furnace.

En videre ulempe som følger ved overskudd av sekundærluft, er at avgassene avkjøles unødig, og dette har konsekvenser for gjenvinning av energi i forbrenningsanlegg med installerte varmevekslere. Samtidig gir det økte oksygeninnhold i avgassene fare for høytemperaturkorrosjon på utsatte konstruksjonsdeler. A further disadvantage resulting from an excess of secondary air is that the exhaust gases are cooled unnecessarily, and this has consequences for the recovery of energy in combustion plants with installed heat exchangers. At the same time, the increased oxygen content in the exhaust gases poses a risk of high-temperature corrosion on exposed structural parts.

US-patent nr. 4,177,740 viser en varmegenerator basert på forbrenning av vedavfall. En diskformet flammeholder for utskilling av faste partikler fra gasstrømmen som forlater primærkamret, er plassert i et sekundær-forbrenningskammer. Gasstrømmen tvinges av flammeholderen mot kammerveggen og de ved avbøyning utskilte partikler faller tilbake til primærkamret. Konstruksjonen er basert på utskilling og forbrenning av partiklene i primærkamret. En eventuell etterforbrenning av partiklene som i praksis allikevel vil følge med avgassene til sekundærkamret, vil bare kunne skje ved et stort overskudd av sekundærluft, med alle de tidligere nevnte ulempene dette medfører. US Patent No. 4,177,740 shows a heat generator based on the combustion of wood waste. A disk-shaped flame holder for separating solid particles from the gas stream leaving the primary chamber is located in a secondary combustion chamber. The gas stream is forced by the flame holder against the chamber wall and the particles separated by deflection fall back into the primary chamber. The construction is based on the separation and combustion of the particles in the primary chamber. A possible post-combustion of the particles, which in practice will still accompany the exhaust gases to the secondary chamber, will only be possible with a large excess of secondary air, with all the previously mentioned disadvantages this entails.

Det er følgelig et formål med oppfinnelsen å frembringe en forbedret universell.forbrenningsovn som sikrer støkiometrisk for-, brenning samt en fullstendig forbrenning av faste, brennebare It is therefore an object of the invention to produce an improved universal incinerator which ensures stoichiometric combustion as well as a complete combustion of solid, combustible

partikler ved kontrollert tilførsel av sekundærluft, oppholdstid og tilstrekkelig turbulens i.etterforbrenningssonen og ved nær--støkiometrisk mengde av sekundærluft.- particles with a controlled supply of secondary air, residence time and sufficient turbulence in the afterburning zone and with a near-stoichiometric amount of secondary air.

Dette er oppnådd i henhold til oppfinnelsen ved at det i en forbrenningsovn, oppdelt i et primærforbrenningskammer og en etterforbrenningssone forbundet med hverandre med en gasspassasje utformet som en ringspalte mellom sentralfordeler av sekundærluft og ovnsveggen, installeres et flertall av skråstilte ledeplater i ringspalten som gir gasstrømmen fra primærkamret en hastighetskomponent vinkelrett til denne strømmen. This is achieved according to the invention by installing a plurality of inclined guide plates in the annular gap in an incinerator, divided into a primary combustion chamber and a post-combustion zone connected to each other with a gas passage designed as an annular gap between the central distributor of secondary air and the oven wall, which provides the gas flow from the primary chamber a velocity component perpendicular to this flow.

Det spesielle ved ovnen er at forbrenningen foregår i det nær-støkiometriske område ved at det sørges for en betydelig større turbulens og en mer optimal innblanding av sekundærluft i avgassene enn i de hittil kjente konstruksjoner, noe som elimi-nerer foran nevnte ulemper. The special feature of the furnace is that the combustion takes place in the near-stoichiometric range by ensuring significantly greater turbulence and a more optimal mixing of secondary air in the exhaust gases than in the previously known constructions, which eliminates the disadvantages mentioned above.

De vesentlige karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse, tegninger og de medfølgende patentkrav. The essential characteristic features of the invention will be apparent from the following description, drawings and the accompanying patent claims.

Oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert ved hjelp av en fluid-bed-type av ovnen som illustrert på Fig. 1-3, hvor: Fig. 1 viser skjematisk ovn ifølge oppfinnelsen, i et vertikalt The invention will now be described in more detail using a fluid-bed type of furnace as illustrated in Fig. 1-3, where: Fig. 1 shows a schematic furnace according to the invention, in a vertical

snitt; incision;

Fig. 2 viser et detaljert snitt gjennom ovnen etter linje I-l Fig. 2 shows a detailed section through the furnace along line I-l

i Fig. 1, og in Fig. 1, and

Fig. 3 viser et vertikalt snitt gjennom ovnen etter linje II-II Fig. 3 shows a vertical section through the furnace along line II-II

i Fig. 2. in Fig. 2.

Forbrenningsovnen i Fig. 1 omfatter en indre stålmantel (1) kledd innvendig med ildfast stein (15) og en ytre mantel (16) Et primærforbrenningskammer (2) er utformet som et fluid-bed— kammer med et fluidisert sjikt (3) og dyser (4) for tilførsel av primærforbrenningsluft i bunnen. Konvensjonelt utstyr for til-førsel av brennstoff (avfall) og eventuelle start/hjelpebrennere er ikke vist på figuren. The incinerator in Fig. 1 comprises an inner steel mantle (1) lined internally with refractory stone (15) and an outer mantle (16). A primary combustion chamber (2) is designed as a fluid-bed chamber with a fluidized layer (3) and nozzles (4) for the supply of primary combustion air in the bottom. Conventional equipment for the supply of fuel (waste) and any starting/auxiliary burners are not shown in the figure.

Et vindkammer (5) sammen med en hul sentralfordeler (6) for sekundærluft danner en ringspalte (7) mellom primærkamret (2) og en etterforbrenningssone (8). Sekundærluften forvarmes i vindkamret (5) og føres via kanaler utformet som skråstilte kombi-nerte ledeplater (9) til sentralfordeleren (6). Gjennom et flertall av tangentielt anordnede dyser eller boringer (10) slippes luften ut i ringspalten (7) og gasstrømmen fra primærkamret til-føres en tangentiell impuls. A wind chamber (5) together with a hollow central distributor (6) for secondary air forms an annular gap (7) between the primary chamber (2) and an afterburning zone (8). The secondary air is preheated in the wind chamber (5) and is led via channels designed as inclined combined guide plates (9) to the central distributor (6). Through a plurality of tangentially arranged nozzles or bores (10), the air is released into the annular gap (7) and the gas flow from the primary chamber is supplied with a tangential impulse.

Den spesielle utforming av ledeplatene (9) og deres plassering i ringspalten (7) ses på Fig. 2 og 3. The special design of the guide plates (9) and their location in the annular gap (7) can be seen in Fig. 2 and 3.

Fig. 2 viser et horisontalt snitt av ovnen ved inngangen til sekundærforbrenningssonen. Fire skovleformede ledeplater (9) som utgjør en integrert del av sentralfordeleren (6) for sekundærluften, er anordnet i ringspalten (7) og hvor hver av ledeplatene fullstendig dekker et segment av ringspaltens lysåpning. Ledeplatene er videre anordnet med en forutbestemt stigning/vinkel slik at den oppadstigende gasstrøm med medrevne faste partikler gis en horisontal hastighetskomponent, og gasstrømmen er således satt i en kraftig turbulent rotasjonsbevegelse ved inngangen til sekundærsonen. Partiklene slenges ut mot ovnsveggen (12), utsettes for partiell mekanisk desintegrasjon og abrasiv påvirkning fra ovnsveggen under sin virvelaktige oppdrift i sekundærsonen. Dysene (10) med sekundærluft fra fordeleren (6) tilfører gasstrømmen ytterligere en tangentiell impuls som medvirker til å opprettholde et optimalt strømningsbilde i sekundærsonen. Partiklene som ikke forbrennes fullstendig under oppdriften langs veggen, faller tilbake og blir revet med den turbulente rotasjonsstrømmen over ledeplatene og sirkulert i sekundærsonen inntil fullstendig forbrenning finner sted. Fig. 2 shows a horizontal section of the furnace at the entrance to the secondary combustion zone. Four vane-shaped guide plates (9) which form an integral part of the central distributor (6) for the secondary air, are arranged in the annular gap (7) and where each of the guide plates completely covers a segment of the annular gap's light opening. The guide plates are further arranged with a predetermined pitch/angle so that the ascending gas flow with entrained solid particles is given a horizontal velocity component, and the gas flow is thus set in a strong turbulent rotational movement at the entrance to the secondary zone. The particles are thrown against the furnace wall (12), exposed to partial mechanical disintegration and abrasive action from the furnace wall during their vortex-like buoyancy in the secondary zone. The nozzles (10) with secondary air from the distributor (6) add an additional tangential impulse to the gas flow which helps to maintain an optimal flow pattern in the secondary zone. The particles that do not burn completely during the buoyancy along the wall fall back and are swept with the turbulent rotational flow over the baffles and circulated in the secondary zone until complete combustion takes place.

Mengde av sekundærluften kan nøyaktig tilpasses den støkiometriske mengde som trengs til en fullstendig etterforbrenning av avgassene i og med at den turbulente rotasjonsbevegelse på gasstrømmen tilføres primært av ledeplatene. Fig. 3 viser et vertikalt utsnitt av ovnen etter linje II-II på Fig. 2. Ledeplatene (9), to av dem vist på figuren, er utformet som flate kanaler for tilførsel av forvarmet sekundærluft fra vindkamret (5) til fordeleren (6). Ledeplatene er forankret i spor (11) i ovnsveggen (12) og utgjør den bærende konstruksjon for fordeleren (6). Samtlige ledeplater starter på et bestemt nivå og slutter på et annet nivå i ringspalten (7), dvs. platene strekker seg over et avgrenset, identisk avsnitt av ringspalten i gasstrømmens retning. Sekundærluften virker samtidig som kjølemedium for ledeplatene og fordeleren og øker således levetiden for disse utsatte kon-struksjonsdelene. Sentralfordeleren (6) med ledeplatene (9) atskiller primærforbrenningskamret (2) fra etterforbrenningssonen (8). The amount of secondary air can be precisely adjusted to the stoichiometric amount needed for a complete afterburning of the exhaust gases, as the turbulent rotational movement of the gas flow is supplied primarily by the guide plates. Fig. 3 shows a vertical section of the furnace along line II-II in Fig. 2. The guide plates (9), two of which are shown in the figure, are designed as flat channels for the supply of preheated secondary air from the wind chamber (5) to the distributor (6 ). The guide plates are anchored in grooves (11) in the oven wall (12) and form the supporting structure for the distributor (6). All guide plates start at a specific level and end at another level in the annular gap (7), i.e. the plates extend over a defined, identical section of the annular gap in the direction of the gas flow. The secondary air also acts as a cooling medium for the guide plates and the distributor and thus increases the service life of these exposed structural parts. The central distributor (6) with the guide plates (9) separates the primary combustion chamber (2) from the afterburning zone (8).

Forbrenningsovnen som vist på Figurene 1-3 og beskrevet ovenfor, representerer kun en praktisk utføringsform ifølge oppfinnelsen. Andre konstruksjoner og modifikasjoner av den viste forbrenningsovn kan anvendes innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse. Ledeplatene kan f.eks. være forsynt med åpninger/- boringer slik at sekundærluften tilføres etterbrenningssonen direkte uten først å gå gjennom den sentrale fordeler. The incinerator as shown in Figures 1-3 and described above represents only a practical embodiment according to the invention. Other constructions and modifications of the incinerator shown can be used within the scope of the present invention. The guide plates can e.g. be provided with openings/boreholes so that the secondary air is supplied to the afterburner zone directly without first going through the central distributor.

Claims

1. Furnace for controlled combustion of fuel or waste, comprising a primary combustion chamber (2) with an afterburner zone (8) connected to each other by a gas passage designed as an annular gap (7) with a device for supplying secondary air, characterized in that in the annular gap (7) is arranged with a plurality of inclined guide plates (9) which give the gas flow from the primary chamber a velocity component perpendicular to this flow.

2. Oven according to claim 1, characterized in that each guide plate (9) covers a segment of the annular gap's light opening and is arranged with a predetermined pitch in the annular gap (7).

3. Oven according to claim 2, characterized in that all guide plates (9) extend over an identical, defined section of the annular gap (7) in the direction of the gas flow.

4. Oven according to claims 1-3, characterized in that the guide plates (9) are designed as supply channels for the introduction of secondary combustion air to the afterburning zone (8).