NO153746B - Fremgangsmaate til aa nedsette innholdet av nitrogenoksyder til et oensket nivaa og minimere svoveldioksydinnholdet i reaksjonsgassene fra forbrenning av brennstoff i et flerfaststoffvirvelsjikt - Google Patents

Description

Føderale og statlige luftkvalitetsstandarder vedrørende

utslipp har gjort det nødvendig å søke metoder for renere brenning av karbonholdige brennstoffer. Både S02 og N0x er regulert ved lov. Disse forurensningers forskjeller i opp-

førsel og forskjellene i de beste tilgjengelige metoder for eli-minering av disse gasser hver for seg gjør en eksisterende enkelt-trinns forbrenningsprosess for deres samtidige fjerning høyst usannsynlig eller i det minste ineffektiv.

Virvelsjiktsforbrenning er i den senere tid utviklet for brenning av svovelholdige, karbonholdige brennstoffer. Dette skyldes først og fremst at man kan bringe svoveldioksyd-reaksjons-produktet i kontakt med et svovel-sorpsjonsmiddel i tilstrekkelig lang tid til å oppfange en høy prosentvis andel av svoveldioksydet. Arbeidet med nitrogenoksyd-fjerning har ligget etter arbeidet med svoveloksyd-oppfangning på grunn av mindre streng lovgivning på

dette punkt (U.S.A.).

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte til å fjerne nitrogenoksyd-forurensninger fra forbrenningsgasser. Det er også et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe sådan fremgangsmåte i en konvensjonell forbrenningsinnretning med flerfaststoff-virvelsjikt.

Det er videre et formål å minimere utslippet av svoveldioksyd

under denne prosess. Det er også et formål å tilveiebringe en enkel fremgangsmåte for optimering av nitrogen- og svoveloksyd-utslippene fra en forbrenningsinnretning med flerfaststoff-virvelsjikt.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte til å nedsette innholdet av nitrogenoksyder til et ønsket nivå og minimere svoveldioksydinnholdet i reaksjonsgassene fra forbrenning av brennstoff i et flerfaststoff-virvelsjikt som har et nedre, forholdsvis tett virvelsjikt av relativt store partikler, et øvre dispergert medført sjikt av relativt fine partikler resirkulerende, gjennom det tette virvelsjikt og et medført svovel-sorberende materiale deri, hvilken fremgangsmåte omfatter at

a) man driver et nedre område av flerfaststoff-virvelsjiktet under substøkiometriske betingelser slik at NO^-innholdet reduseres til det ønskede nivå, b) man driver et øvre område av flerfaststoff-virvelsjiktet over det substøkiometriske nedre område under oksyderende betingelser for å fullføre forbrenningen av brennstoffet, karakterisert ved at c) man opprettholder en størrelsesforskjell mellom de relativt store partikler og de relativt fine partikler slik at hovedsakelig alle de først-nevnte partikler har minst fire ganger så stor kornstørrelse som hovedsakelig alle de sistnevnte partikler, og d) man resirkulerer i det minste en del av de relativt fine partikler fra det medførte sjikt gjennom hovedsakelig bare det øvre om-

råde som drives under oksyderende betingelser for derved å undertrykke temperaturen i dette oksyderende område til et nivå som bidrar til svoveloppfangning ved hjelp av det svovel-sorberende materiale.

Området med reduserende betingelser opprettholdes fortrinnsvis slik at luftmengden er ca. 40-6 0% av hva som kreves støkiome-trisk, og området med oksyderende betingelser opprettholdes fortrinnsvis ved ca. 18% luftoverskudd.

Temperaturen av sådant virvelsjikt varierer i avhengighet av, blant andre ting, det spesielle brennstoff som anvendes, men opprettholdes . fortrinnsvis på et jevnt nivå ved 870-925°C for de fleste kulltyper og ca. 925-950°C for de fleste kokstyper.

Luft for det reduserende område tilveiebringes fortrinnsvis av den primære fluidiseringsgass, mens oksyderende betingelser fortrinnsvis tilveiebringes ved innføring av sekundær luft på ett eller flere steder mellom et punkt i det tette sjikt nær dettes øvre grense og et punkt i det dispergerte, medførte sjikt flere fot oven-for det tette sjikt. Stedet for sekundærluften påvirker den relative effektivitet av nitrogenoksyd-reduksjonen og svoveloppfangningen; jo høyere sekundærluftens innløp er, desto mer gunstig er nitrogenreduksjonen i forhold til svoveloppfangningen. Gassens oppholdstid i de to områder er en betydningsfull faktor for reak-sjons fullstendigheten .

En del av de kjølte fine partikler i det medførte sjikt blir konvensjonelt resirkulert gjennom det tette sjikt for tilveiebringelse av blanding deri. Resten av de fine partikler resirkuleres

gjennom det oksyderende område for nedsettelse av temperaturen deri. Bakoverblanding av sistnevnte fine partikler inn i det tette sjikt

hindres ved opprettholdelse av en stor relativ forskjell i størrelsene av grove tettsjiktspartikler og de fine partikler i det medførte sjikt. Det foretrekkes at tettsjiktspartiklene har størrelser i området 1,19 - 4,76 mm (-4+6 mesh ifølge U.S. Standard) og de medførte sjiktpartikler er mindre enn 0,42 mm

(40 mesh), og fortrinnsvis har tettsjiktspartiklene størrelser i området 1,68 - 3,36 mm (-6+12 mesh) og de medførte partikler størrelser i området 0,074 - 0,30 mm (-50+200 mesh).

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

Flerfaststoff-virvelsjikt har vist seg å kunne brenne svovelholdig, karbonholdig brennstoff ved lave SC^-forurensnings-nivåer når et svovel-sorbsjonsmiddel så som kalkstein bringes i kontakt med reaksjonsgassene. Driftsmetoden for et flerfaststoff-virvelsjikt er beskrevet i detalj i vårt tidligere U.S. patent nr. 4 084 545. Ved denne henvisning inkorporerer vi hermed heri det i patentet åpenbarte og vi vil ikke ytterligere beskrive den nå konvensjonelle operasjon meget detaljert. De viktige trekk som må erindres, er et tett, grovpartiklet virvelsjikt nederst i apparatet og et større medført sjikt av finere partikler som over-lapper og sirkulerer gjennom det tette sjikt. Fluidiseringsgassen kommer inn ved bunnen og fluidiserer de grove partikler og med-fører finstoffet. De overlappende tette og fine sjikt tilveie-bringer grundig blanding for mer fullstendig reaksjon enn tilgjen-gelig i én-komponent-virvelsjikt.

Vårt andre U.S. patent nr. 4 154 581, som også inkorporeres heri ved henvisning, beskriver driften av slike flerfaststoff-virvelsjikt med to forskjellige temperatursoner ved tilveiebringelse av en ledeinnretning i det tette sjikt og anvendelse av resirkulering av partikler i det medførte sjikt for å påvirke temperaturen ved deres innløpspunkt i det tette sjikt over eller under ledeinnret-ningen. Noe større fine partikler ble foreslått i sistnevnte patent enn de som foretrekkes i fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Den foreliggende oppfinnelse er en ytterligere forbedring i driften av flerfaststoff-virvelsjikt av den type som er vist i de tidligere to nevnte patenter. Den forbedrede drift tillater forbrenning av svovelholdige karbonholdige brennstoffer mens utslippene av både NO og S09 holdes vesentlig under lovbestemte nivåer (U.S.A.).

Den foreliggende fremgangsmåte kan best forståes når man ser på tegningsfiguren, hvor et flerfaststoff-virvelsjikt 1 er

vist skjematisk. Ved konvensjonell drift kommer en fluidiseringsgass eller primærluft 2 inn i forbrenningsinnretningen ved bunnen og passerer gjennom en fordelingsplate 3. Brennstoff og eventuelt et svovel-sorpsjonsmiddel kommer inn ved 4. Brennstoffet er i

alminnelighet olje eller partikkelformig kull eller koks. Svovel-sorps jonsmidlet er konvensjonelt og kan eksempelvis være kalkstein, kalk eller dolomitt. Svovel-sorpsjonsmidlet kunne også komme inn ved stedene 8 eller 9 med sekundærluften, som beskrevet nedenfor.

Et grovt, partikkelformig materiale foreligger i forbrenningsinnretningen og fluidiseres i det på figuren viste område I. Størrelsen av de grove partikler er gjerne i området 1,2 - 4,8 mm, fortrinnsvis 1,7 - 3,4 mm. Som kjent på området

er en balanse mellom partikkelstørrelsen og hastigheten av fluidiseringsgassen nødvendig for å holde sjiktet fluidisert i området I. Den overfladiske gasshastighet av primærgassen er i alminnelighet i området 305-1830 cm/sek. Den grove bestanddel bør være stabil og inert under driftsbetingelsene. Metalloksyder er ønskede materialer for det tette sjikt. Jernoksyd så som det inne-holdes i hematitt, foretrekkes, skjønt aluminiumoksyd, silika eller nikkeloksyd blant andre kan anvendes.

Primærluften 2 medfører også en relativt finpartiklet bestanddel i forbrenningsinnretningens soner I og II. De medførte fine partikler oppfanges over forbrenningsinnretningen av en syklon 11 og resirkuleres tilbake til forbrenningsinnretningen gjennom en resirkuleringsledning 7 og (ved den foreliggende oppfinnelse) også gjennomen resirkuleringsledning 6. Varme fjernes fra de medførte finstoffer enten ved varmeutvekslingsrør i området II i forbrenningsinnretningen eller fortrinnsvis gjennom varmeutveks-lingsrør i en ekstern varmeutveklserr 12. En fluidiseringsgass 5 bevirker at finstoffet holdes tilbake i den eksterne varmeutveks-ler i tilstrekkelig lang tid til at det avgir sin varme.

De fine partikler kan fremstilles av de samme materialer som de grove partikler, men silika er blitt funnet å være spesielt godt egnet. Partikkelstørrelsen av de fine partikler velges slik at de med godt resultat medføres ved den overfladiske hastighet av primærluften 2, men også slik at tilbakeblanding inn i det tette sjikt hindres når de resirkuleres gjennom resirkuleringsledningen 6 på figuren. Som beskrevet nedenfor er en partikkel-størrelse under 0,42 mm ønskelig og området 0,074 - 0,30 mm foretrekkes med en grov partikkelstørrelse på 1,68 - 3,36 mm. Større "fine" partikler ville tilbakeblandes og finere "finstoffer" kan passere gjennom syklonene og ikke bli resirkulert. Større finstoffer kan imidlertid anvendes hvis større grove partikler anvendes i det tette sjikt. Den relative størrelse er en viktig faktor når det gjelder å hindre tilbakeblanding.

Ved normal drift kan den beskrevne forbrenningsinnretning anvendes til fullstendig å brenne svovelholdige brennstoffer i tettsjiktsområdet I og å oppfange svoveldioksyd med kalkstein i området II, som også er kjent som fribord-området. Ved denne operasjon dannes imidlertid uønskede nitrogenoksyder i det tette sjikt under forbrenningen og avgis i avgass-strømmen. Det er kjent å begrense oksygenoverskuddet eller å brenne brennstoffer under brennstoffrike eller substøkiometriske betingelser med sikte på å begrense nitrogenoksyddannelse, men flere problemer har resultert ved tidligere metoder som anvender denne fremgangsmåte, hvorav en nedsatt svoveloppfangning ikke var det minste.

Ved den foreliggende oppfinnelse reduseres problemer forbundet med samtidig fjerning av NOx og S02 fra brennstoff-forbrenning ved å anvende to områder i en konvensjonell flerfaststoff-fluidisert forbrenningsinnretning og å drive det nedre område i en brennstoffrik tilstand og det øvre område i en oksyderende tilstand. Fremgangsmåten innebefatter videre resirkulering av i det minste en del av de fine medførte sjiktpartikler inn i det øvre oksyderende område for nedsettelse av temperaturen i dette. Tilbakeblanding av slike resirkulerte finstoffer inn i det nedre brennstoffrike område hindres ved opprettholdelse av en betydelig størrelsesforskjell mellom de grove tettsjiktspartikler og de fine medførte sjiktpartikler, hvorved behovet for den utløpsplate ( orifice plate) som er beskrevet i vårt tidligere U.S. patent 4 154 581, elimineres.

Ved utførelse av oppfinnelsen er primærluft-andelen og gassens oppholdstid viktige variabler. Primærluft-andelen som anvendt i det foreliggende betyr forholdet mellom den luft som innføres i bunnen av forbrenningsinnretningen for fluidisering av partiklene (summen av primærluften 2 og eventuell luft som anvendes for innsprøyting av brennstoff og andre faste stoffer ved 4 i det substøkiometriske område) og det beregnede støkio-metriske luftbehov for fullstendig forbrenning av brennstoffet.. Gassens oppholdstid som anvendt i det foreliggende skal bety tidsintervallet for gassens vandring mellom et nedre punkt og et øvre punkt i forbrenningsinnretningen. Matematisk er gassens oppholdstid lik avstanden mellom de to punkter dividert med den overfladiske gasshastighet.

Hvis den eneste hensikt var å redusere N0x under forbrenningen, ville det være ønskelig å drive ved sterkt substøkiometriske forhold. Men i normale, én-komponent-virvelsjikt ville dette føre til flere problemer. Ett problem er reaksjonen mellom svovel-sorpsjonsmidlet, eksempelvis kalkstein, med svovel, som gir CaS. Under brennstoffrike betingelser ville dette produkt bli fjernet fra virvelsjiktet som fast avfall. Uheldigvis er CaS et miljømessig uønsket avfall og er særlig uegnetiil å dumpes på land. Videre er oksydasjon av CaS

før dets utgang fra virvelsjiktet utilfredsstillende på grunn av kort oppholdstid og dårlig blanding.

Oksydasjon i et konvensjonelt én-komponent-sjikt kan også være katastrofal ved at uforbrent brennstoff(spesielt finstoff) og karbonmonoksyd fra den brennstoffrike sone vil brenne ukontrollert i den oksyderende sone og derved fremme store temperaturfluktuasjoner. Den høye temperatur kan være både en trussel mot konstruk-sjonsmaterialer og en fiende av svoveldioksydoppfangning, da eventuelle sulfater spaltes tilbake til svoveldioksyd ved ca. 1040°C.

Den foreliggende oppfinnelse minimerer derfor disse pro-

blemer på den følgende måte. Det vises igjen til tegningsfiguren, hvor et nedre område av forbrenningsinnretningen merket "Reduksjonsområde" drives ved substøkiometriske betingelser slik at nitrogenoksyder som frigjøres under forbrenningen, ved forkullet materiale og karbonmonoksyd reduseres til gassformig nitrogen i henhold til de følgende reaksjoner:

Sekundærluft blir deretter innblåst ved et på forhånd valgt punkt, for eksempel ved 9, for å bringe oksygenet på det ønskede nivå

(fortrinnsvis ca. 10-15% overskudd av luft over støkiometrisk)

i "Oksydasjonsområdet". Svovel-sorpsjonsmiddel kan også innføres

ved punktene 4, 8, 9 eller 10 eller det kan resirkuleres gjennom resirkuleringsledningene 6 og 7 og for reaksjon med svovelet og oksygenet i oksydasjonsområdet under dannelse av sulfatprodukter som kan kastes. Eksempelvis innføres fin kalkstein ved 9 med sekundærluften og reagerer med svovel under dannelse av gips.

Forbrenning av uforbrent brennstoff finner også sted i det øvre oksydasjonsområde, men temperaturøkninger på grunn av sådan forbrenning undertrykkes av resirkulerende kalde fine partikler fra det medførte sjikt gjennom syklon 11, ekstern varmeveksler 12 og resirkuleringsledning 6.

Det nedre reduksjonsområde kan drives ved en så lav temperatur som vil underholde forbrenning, typisk ca. 790°C for kull og ca. 900°C for koks. Dette gjør det mulig å redusere primær-luf t-andelen til så lavt som ca. 0,35. Jo lavere primærluft-andelen er, desto lavere er utslippsnivået for N0x> Primærluft-andelen blir fortrinnsvis regulert til ca. 0,4-0,6 (det vil si 40-60% av teoretisk støkiometrisk luft). Det øvre oksydasjonsområde drives fortrinnsvis ved en temperatur på ca. 870-925°C, men i all fall under ca. 1040°C, hvor CaSO^ spaltes.

Høyden av reduksjonsområdet velges slik at det tillater tilstrekkelig oppholdstid for reduksjon av NO^ til det ønskede nivå. Jo høyere reduksjonssonen er, desto lengre er oppholdstiden og mindre NOx vil unnvike uten å reagere med forkullet materiale og karbonmonoksyd. I alminnelighet velges reduksjonssonen slik at den har den samme høyde (over fordelingsplaten 3) som det tette virvelsjikt I. Både den øvre resirkuleringsledning 6 for de medførte sjiktpartikler og sekundærluft-innløpet 9 kan være ved det samme nivå like over det tette sjikt som vist på tegningsfiguren. Likeledes kan sekundærluften faktisk anvendes for innføring av resirkuleringssanden gjennom ledning 6 og derved tilveiebringe bedre fordeling av de resirkulerte partikler over forbrenningsinnretningen.

Alternativt kan resirkuleringsledningen 6 og/eller sekundær-luf t-innløpet 8 anordnes like nedenfor den øvre grense av det tette sjikt I slik at den bedre blanding i dette anvendes til å fordele de resirkulerte partikler. Om nødvendig for bedre reduksjon av NOx kan sekundærluft-innløpet anordnes betydelig over det tette sjikt så som ved stedet 10. Luftinnløpene 8, 9 og 10 kan anvendes ett om gangen eller samtidig for regulering av høyden av reduksjonsområdet.

Høyden av oksydasjonsområdet velges slik at det gir tilstrekkelig oppholdstid for oppfangning av SC^ ved hjelp av sorpsjonsmidlet og oksydasjon derav. Med en endelig høyde av forbrenningsinnretningen er det klart at man må finne en balanse mellom høyden av reduksjons- og oksydasjons-områdene ved plasse-ringen av sekundærluft-innløpet. Videre kan to eller flere sekun-dærluf t-innløp anvendes, så som ved stedene 8, 9 og 10 med sikte på bedre regulering av temperatur- og oksydasjonsbetingelsene over et større område.

Noen av de medførte sjiktpartikler fortsetter å bli resirkulert gjennom det tette sjikt via resirkuleringsledning 7 fra den eksterne varmeveksler. Som nevnt tidligere anvendes imidlertid de kjølte partikler med fordel til å undertrykke temperaturfluktuasjoner i oksydasjonsområdet resulterende av forbrenningen av karbonmonoksyd og ubrente finstoffer som kommer fra reduksjonssonen. Tilstrekkelig av de fine partikler.resirkuleres til at temperaturen opprettholdes vedet tilfredsstillende nivå for å beskytte kon-strukjsonsmaterialer og å fremme svoveldioksyd-oppfangning og oksydasjon, fortrinnsvis i området ca. 870-925°C.

Eksempler på foretrukne utførelsesformer.

Eksempel 1 - Trinnvis forbrenning av petrolkoks.

En flerfaststoff-forsøksforbrenningsenhet ble anvendt til

å demonstrere oppfinnelsen. Forbrenningskolonnen er laget av rør av rustfritt stål, type 30 4, med en veggtykkelse på 3,2 mm. Bunnseksjonen er 1,5 m høy (over fordelingsplaten) og har en innvendig diameter på 16,2 cm som er utvidet til 21 cm innvendig diameter i det resterende 4,5 m fribord-område av forbrenningsinnretningen. Et rør med ensartet diameter er også blitt anvendt, men det utvidede fribord-område gir lengre gass-oppholdstid og bedre SC^-oppfangning. Varmeisolasjon rundt forbrenningsenheten begrenser varmetap.

Sekundærluft-innløp kommer inn i forbrenningskammeret i vertikalavstander på 0,685 m, 1,22 m, 1,78 m og 2,6m over fordelingsplaten. Resirkuleringssystemet for medførte sjiktpartikler omfatter en syklon med 30,5 cm diameter, en ekstern varmeveksler og nedre og øvre faststoff-resirkuleringsledninger så som vist på tegningsfiguren. Resirkuleringsledningene kommer inn i forbrenningskammeret i vertikalavstander på 5 cm og 1,22 m over fordeleren.

Andre sykloner er installert i serie for oppsamling av flyveaske. Brennstoff og kalkstein-sorpsjonsmiddel blir enten forhåndsblandet i et forhåndsbestemt Ca/S-forhold før innmatning eller innmates separat i forbrenningsinnretningen med spesifiserte hastigheter. En 2,5 cm diameter ledning for pneumatisk innblåsing anvendes for tilførsel av brennstoffet og kalksteinen til forbrenningsinnretningen ca. 5 cm over fordelingsplaten.

Petrolkoks med en høyere varmeverdi på 8500 kcal/kg ble anvendt som brennstoff. Det inneholdt mindre enn 3% vann og ble siktet til 0,3 - 2,4 mm før bruk. Den kjemiske analyse var som følger:

Piqua-kalkstein (<0,044 mm) ble anvendt som svovel-sorpsjonsmiddel. Afrikansk jernmalm (1,2 - 3,4 mm, densitet 5000 kg/nr) og silika-sand (0,2 - 0,9 mm, densitet 2600 kg/m<3>) ble anvendt for henholdsvis det tette og det medførtes sjikt.

Driftsbetingelsene var som følger:

Kalde medførte sjiktpartikler ble ikke resirkulert gjennom det øvre oksyderende område i dette forsøk. Kokspartikler som har en lav én-gjennomgangs-forbrenningseffektivitet ble resirkulert gjennom den nedre resirkuleringsledning med fine medførte sjiktpartikler for oppnåelse av samlede forbrenningseffektiviteter større enn ca. 9 3%. Resultater vedrørende svoveldioksyd- og nitrogenoksyd-utslipp for flere forsøk er gitt i tabeller 1 og 2.

Det vil sees at svoveldioksyd-utslippene økte noe under trinnvis forbrenning, men at nitrogenoksyd-utslipp kunne reduseres, fra ca.325 ppm ned til under 50 ppm ved å drive det nedre område ved substøkiometriske betingelser og øke gass-oppholdstiden deri med nedsettelse av den overfladiske hastighet. Sekundærluften ble i samtlige tilfeller innblåst ved enten nivået 1,78 eller 2,6 m.

Virkningene av å variere stedet for sekundærluftinnblås-ningen og dermed den relative høyde av og oppholdstiden i de reduserende og oksyderende områder kan sees av tabell 3.

Det er klart at de relative mengder av svoveldioksyd- og nitrogenoksyd-utslipp direkte påvirkes av høyden av de reduserende og oksyderende områder. Det er også klart av tabeller 1- 3 at både nitrogenoksyd og svoveldioksyd-utslippet kan reduseres ved denne trinnvise forbrenning og ved å øke oppholdstiden i de reduserende og oksyderende områder enten gjennom lavere overfladiske hastigheter eller forlengede forbrenningsinnretnings-dimensjoner.

Eksempel 2 - Trinnvis forbrenning av kull.

Et apparat så som det i eksempel 1 beskrevne, ble anvendt unntatt at forbrenningsinnretningen var et ensartet rør med innvendig diameter på 16,2 cm og syklonen og den eksterne varmeveksler ble erstattet med en 35,6 cm syklon. Sekundærluft-innløp ble plassert 71 cm, 1,1 m og 5,2 m over fordelingsplaten. Illinois-kull nr. 6 (<3,4 mm) som ifølge analyse inneholdt

4% svovel og 1,2% nitrogen, ble anvendt som brennstoff, og Piqua-kalkstein (<0,044 mm) ble beholdt som sorpsjonsmiddel. Resultatene av flere forsøk som er vist i tabell 4, demonstrerer den balanse som kan anvendes ved innblåsing av sekundærluft for optimering av utslippene av nitrogen og svovel. Overdreven brenning i oksydasjonsområdet sammen med store temperaturfluktuasjoner ble be-merket under disse forsøk.

Eksempel 3 - Trinnvis forbrenning med resirkulering av kjølte medførte finstoffer til oksydasjonsområdet.

Overdreven forbrenning av karbonmonoksyd og uforbrent koks (finstoff ) i fribord- eller oksydasjons-området kan bevirke forhøyede temperaturer og potensiell skade på materialer såvel som redusert effektivitet i svoveldioksyd-oppfangningen av sorpsjonsmidlet Med sikte på å undertrykke temperatur-fluktuasjonene i dette eksempel ble kalde medførte sjiktpartikler resirkulert direkte inn i oksydasjonsområdet.

Apparatet var som det i eksempel 1 beskrevne. Brennstoffet var petrolkoks og ble innmatet med en hastighet på 16,75 kg/time i det tette sjikt i forbrenningsinnretningen.

Det tette sjikt av grove partikler besto av afrikansk malm med en størrelse på 1,7 - 3,4 mm. Det medførte sjikt besto av silika-sand (<0,42 mm) med en størrelsesfordeling på:

De fine medførte sjiktpartikler ble kjølt og resirkulert

til forbrenningsinnretningen enten gjennom den øvre resirkulerings-

ledning 6 eller den nedre resirkuleringsledning 7 på figuren.

Den øvre resirkuleringsledning kommer inn i forbrenningsinnretningen ca. 1,22 m over fordelingsplaten i oksydasjonsområdet.

Forbrenningen ble trinn-delt ved hjelp av et nedre område under støkiometriske betingelser og påfølgende tilsetting av sekundærluft i forbrenningsinnretningen over det tette sjikt for å fullføre forbrenningen og bidra til svoveloppfangningeffekti-viteten. Primærluft ble anvendt med 17,4 l/sek. for fluidisering av sjiktet, og sekundærluft ble tilsatt som følger: Under ovenstående betingelser ble brennstoffet brent og varme uttatt i den eksterne varmeveksler. Temperaturene i det tette sjikt (40,6 cm over fordelingsplaten) og i oksydasjons-området (5,88 m over fordelingsplaten) ble målt mens man vari-erte den relative mengde av kalde fine partikler som ble resirkulert til det tette, reduserende sjikt og fribordet (oksydasjons-området) . Resultatene er vist i tabell 5 og viser at det tette sjikt kan opprettholdes ved en konstant

forbrenningstemperatur, mens temperaturen i fribord- eller oksydasjons-området kan reguleres over et vidt område ved regulering av den relative mengde av kalde finstoffer som resirkuleres gjennom det tette sjikt eller direkte gjennom oksydasjons-området. Ved å balansere disse mengder var vi i stand til å redusere temperaturen i oksydasjonsområdet ca. 83°C under opprettholdelse av en konstant temperatur i det tette sjikt. Denne regulering

kan beskytte konstruksjonsmaterialene i fribord-området mot termisk skade og kan sikre mer effektiv svoveloppfangning.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til å nedsette innholdet av nitrogenoksyder til et ønsket nivå og minimere svoveldioksydinnholdet i reaksjonsgassene fra forbrenning av brennstoff i et flerfaststoff-virvelsjikt som har et nedre, forholdsvis tett virvelsjikt av relativt store partikler, et øvre dispergert medført sjikt av relativt fine partikler resirkulerende gjennom det tette virvelsjikt og et medført svovel-sorberende materiale deri, hvilken fremgangsmåte omfatter at a) man driver et nedre område av flerfaststoff-virvelsjiktet under substøkiometriske betingelser slik at NOx~innholdet reduseres til det ønskede nivå, b) man driver et øvre område av flerfaststoff-virvelsjiktet over det substøkiometriske nedre område under oksyderende betingelser for å fullføre forbrenningen av brennstoffet, karakterisert ved at c) man opprettholder en størrelsesforskjell mellom de relativt store partikler og de relativt fine partikler slik at hovedsakelig alle de førstnevnte partikler har minst fire ganger så stor kornstørrelse.som hovedsakelig alle de sistnevnte partikler, og d) man resirkulerer i det minste en del av de relativt fine partikler fra det medførte sjikt gjennom hovedsakelig bare det øvre område som drives under oksyderende betingelser for derved å undertrykke temperaturen i-dette oksyderende område til et nivå som bidrar til svoveloppfangning ved hjelp av det svovel-sorberende materiale.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sekundærluft innblåses i forbrenningsinnretningen mellom det nedre substøkiometriske område og det øvre oksyderende område.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, .karakterisert ved at ytterligere sekundærluft innblåses i forbrenningsinnretningen i det oksyderende område.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det substøkiometriske nedre område omfatter det tette virvelsjikt.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det nedre substøkiometriske område i det vesentlige faller sammen med det tettere virvelsjikt.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at primærluft-andelen holdes mellom ca. 0,4 og 0 , 6 .

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tettsjikts-partiklene er hovedsakelig i størrelsesområdet 1,19 - 4,76 mm og de medførte sjiktpartikler har størrelser mindre enn 0,42 mm.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at tettsjikts-partiklene er hovedsakelig i størrelsesområdet 1,68 - 3,36 mm og de medførte sjiktpartikler er hovedsakelig i størrelsesområdet 0,074 - 0,30 mm.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den resirkulerte del av med-førte sjiktpartikler resirkuleres inn ved den øvre grense av det tettere virvelsjikt slik at fordelingen av de relativt fine partikler forbedres.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sekundærluft innblåses i forbrenningsinnretningen over det substøkiometriske område slik at forbrenningsbetingelsene gjøres mer oksyderende og at med-førte sjiktpartikler innblåses i forbrenningsinnretningen av sekundærluften.