NO162311B - Fremgangsmaate og apparat for destruering av avfallsfluid med varmegjenvinning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for destruering av avfallsfluid slik det fremgår av infgressen til de etterfølgende selvstendige krav.

Destruksjon av flytende avfallsmaterialer og særlig uønskede hydrokarboner er godt kjent i industrien i dag. Bruk av destruksjon i utslipp av utiltalende og/eller farlige væskeav-fall er vesentlig forøket på grunn av nødvendig etterlevelse av nylig adopterte lover som beskytter miljøet fra lagring og/eller dumping av disse materialer. Miljøbeskyttelseslover krever videre nær kontroll av mengdene av uønskede kjemikal-

ier og/eller hydrokarboner som slippes ut til atmosfæren,

og dermed er det et vesentlig behov for destruksjonsanlegg for avfallsfluider som kan oppnå null eller svært små mengder av uønsket avfallsmateriale i avgassutslipp.

Fluiddestruksjonsanlegg som for tiden typisk brukes er beskrevet i US-patent 3, 834 , 855, 3, 861, 330 og 4, 372, 22,6 . Disse enheter som angår prosesser for utslipp av avfallsfluider gjennom forbrenning og/eller destruksjon har ikke kontrol-lerbare innretninger for å sikre at det destruerte avfallsfluid er fullstendig eliminert fra pipeutslippene.

Avfallsfluider innbefatter vanligvis forbrennbare hydrokarboner og andre kjemikalier. Et ytterligere og mer vanskelig destruksjonsproblem er presentert ved vannløselige avfalls-forbindelser, siden konsentrasjonen av kjemikalier og karak-teristikkene av vannbæreren vesentlig endrer enhver tilknyt-

tet forbrenningsprosess.

For på vellykket måte å destruere vannløselige avfall, har søkeren oppdaget at etablering av et omkretsmessig beliggende teppeaktig forbrenningssystem hvor et slør av flytende avfall injiseres inntil forbrennende brensel tilveiebringer en innretning for å kontrollere oppholdstiden og temperaturen i det destruerende forbrenningskammer, og sikrer derved fullstendig nedbryting av de uønskede kjemikalier som er tilstede for å møte utslippsstandarder gitt i lovs form.

Derfor er det et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en destruksjonsenhet for avfallsfluid som har kontrollert for-brenningsprosess for derved å minimalisere mengdene av utill-atte hydrokarboner og nitrogenoksyd (NO) som er i gassformige, atmosfæriske utslipp fra destruksjonsenheten.

Det er et ytterligere formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en destruksjonsenhet for avfallsfluid som sikrer i hovedsak fullstendig nedbryting eller destruksjon av de uønskede komponenter innbefattende de oppløst i vann.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en destruksjonsenhet for avfallsfluid som har en forbrennings-konstruksjon som injiserer avfallsfluid mellom forbrennings-sjiktene av flytende og gassformige brensler. Det er et ytterligere formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en de-struks jonsenhet for avfallsfluid som har et teppeaktig forbrenningssystem hvor oppholdstiden og temperaturen for for-brenningsgassene blir kontrollert for å oppnå forutbestemte utslipp.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en destruksjonsenhet for avfallsfluid som har et forbrenningssystem som reduserer mengdene av uønskede fluider i destruk-sjonsanleggavgassene for derved å møte lovbestemte utslippsstandarder, og samtidig å gjenvinne vesentlige varmemengder fra avgassene.

Da mange av operasjonsdetaljene og systemfunksjonene av des-truks jonsenheten/-kjelen for avfallsfluid beskrevet heri er lik med de omtalt i US-patentene 3,226,257 og 3,282,257, som beskriver og gjør krav på en forbrenner og fluidoppvarmer,

og US-patent 4,141,505 med tittel "Heavy Fuel Oil Nozzle",

vil den følgende beskrivelse vedrøre essensielle detaljer ved den nye forbrenner og varmegjenvinningssystem som direkte vedrører oppfinnelsen. Siden fagmannen vil hurtig finne ytterligere detaljer relatert til hjelpesystemer beskrevet heri er derfor US-patentene 3,226,038, 3,282,257, 4,422,387 og 4,141,505 herved inntatt som referanse i denne beskrivelse.

Fremgangsmåten og apparatet for destruering av avfallsfluid av den innledningsvis nevnte art kjennetegnes ved karakteristikken til de respektive etterfølgende selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Vanligvis er det indre brensel forstøvet olje, og det ytre brensel er naturgass. De med kjennskap til forbrenningsfaget vil imidlertid hurtig forstå at mange andre brenselkombina-sjoner kan brukes også. Disse vil innbefatte naturgass som et indre brensel og lave BTU-gasser, slik som karbonmonoksyd, som et ytre brensel. Søkeren har oppdaget at forbrennerdesig-net, gjennom bruk av de ovenfor nevnte "mellomlegg" eller teppeaktigeforbrenningssystem tilveiebringer vesentlig for-øket oppholdstid av det sentralt injiserte avfallsfluid, og øker derved sannsynligheten for at avfallsfluidet vil bli fullstendig destruert. Videre tilveiebringer det teppeaktige system forbedret kontroll av de indre temperaturer av destruk-sjonsforbrenneren. Justering av destruksjonsenhetens parametre innbefattende indre og ytre brenseltilføringer, forbren-ningsgasstemperaturer, mengder av destruert avfallsfluid og forbrenningsluft tilveiebringer et nytt og hensiktsmessig middel for å kontrollere temperaturen av destruksjonsavfalls-fluidet-/materialet. Målinger av destruksjonssprosesstempera-turen og utslippsinnholdet styrer vanligvis kontinuerlig

disse parametre.

Alternerende bruk av "teppe" - systemet hvor et avfalls-fluidsjikt omgir eller omgis av forbrennende brensel er også betraktet ved søkerens oppdagelse og eksemplifisert ved den beskrevne konstruksjon.En vanlig "teppe"-utførelse ville bruke søkerens nye injektor for slik å generere en indre kjerne eller ytre omhylling av forbrenningsprodukter. Et ytterligere trekk ved den beskrevne destruksjonsenhet-/kjeie for avfallsfluid er varmegjenvinning fra brenslene som anvendes til å destruere det flytende avfall.

Fig.l er en tverrsnittsskisse av destruksjonskjelen og som særlig viser brenneren og forbrenner-enheten, forbrenningskammeret, varmeveksler-spiralene, og pipeforbrenningsluftforvarmeren, fig.2 er en forstørret tverrsnittsskisse av brennerenheten i fig.l, som særlig viser plas-seringen av den "teppeaktige" olje-/gassbren-neren, sammen med tilknyttede primære og sekundære luftinnløp,

fig.3 er en ytterligere forstørret detalj av injek-sjonsdyseenheten for avfallsfluid/flytende

brensel til den "teppeaktige" brenner,

fig.4 er en skisse delvis i snitt sett forfra av

avfallsfluiddysen,

fig.5 er en tverrsnittsdetalj av injeksjonsdysen

for oljebrensel og avfallsmateriale,

fig.6 er en halvskjematisk/billedlig fremstilling ""

av det "teppeaktige" flammemønster for forbrenningssystemet ifølge oppfinnelsen,

fig.7 er en snittskisse av destruksjonsforbrennings-kammeret, som særlig viser brensel/avfalls-materialresirkulering.

Med særlig henvisning til fig.l er det vist en destruksjonsenhet/kjeleenhet 2 for avfallsfluid, som har en ytre'kappe 4, en støtteende 8 for forbrenningskammeret. Motsatt forbrennings-kammerenden er et deksel 6, som danner lokk for varmevekslerenheten. Isolasjonsmaterialet 10 danner en del av og belegger hele den ytre kappe. Innvendig av den ytre kappe er et sylindrisk forbrenningskammer 14 som har brennerenheten 12 ved en ende, og forbrenningskammerstruperen 18, et utløp for forbrenningsgasser ved den motsatte ende. Temperaturen ved des-truks jonsprosessen måles av en føler 13 som er plassert slik at den gir informasjon vedrørende resirkuleringen av forbrenningsgasser, og en indikasjon av forøket oppholdstid. Vanligvis innbefatter styring av prosessen kontinuerlige tempera-turmålinger og kan innbefatte kontinuerlig justering av inn-føringsmengder, slik som brensel, forbrenningsluft, og av-fallsfluidstrømmer. Brennerenheten 12 forløper innad fra den ytre forbrenningskammerende 8 for slik å entre brennerinnløp-et 16 i forbrenningskammeret i innløpsenden 15 av forbrenningskammeret, for slik å tillate innføring av primærluft', sekun-dærluft og den doble innføring av brensel/fluid til den "teppeaktige" brenner.

Ved struperutløpet 18 av forbrenningskammeret og ? fluidkommunikasjon med dette, er varmevekslerenheten 22. Varmevekslerenheten er oppbygd i likhet med den beskrevet og gjort krav på i ovenfor nevnte US-patent 3,226,038, og nå innarbeidet som referanse, og tilveiebringer en radiell bane for forbrenningsgasser som utgår fra struperen 18 og som passerer gjennom raden av spiraler 24 for å nå den ringformede spiralut-slippassasje 26. Konsentrisk tilstøtende spiralutslippspassa-sjen 26 og i fluidkommunikasjon med denne, er forbrennings-luf tforvarmeren , og et halvringtormet avgassplenum 27. For-brenningsluftforvarmeren er en varmeveksler anordnet til å overføre varme fra avgassene som passerer gjennom spiralenhet-en 24, og som passerer til avgasstypen 5 via avgassplenumet 27. Forbrenningsluft fra en forbrenningsluftblåser (ikke vist) gir trykk til det primære luftplenum 28 av det ringformede forbrenningskammer, og passerer over forbrennings-luf tforvarmeren 25, og tilveiebringer derved forøket for-brenningsluf ttemperatur som strømmer rundt den ytre plate 5 av forbrenningskammeret 14, og entrer forbrenningsprosessen via den primære luftpassasje 38, og sekundære luftstrømnings-kontrollringer 40 til brennerenheten 12.

Brennerenheten 12 ifølge den foretrukne utførelse som er be-10 skrevet, består ytterligere av et innløpsrør 28 for forbrenningsgass til brenneren, hvor fluid kommuniserer med flere forbrenningsgassdyser 30 lokalisert på en forlengelse av røret 28, og plassert i hovedsak konsentrisk og innvendig av

brennerenhetens primære luftinnløpskammer 37. Brennerenhetens 15 innløpskappe bruker ytterligere et ringformet motstandsdyktig parti 36 som omgir det parti av brennerenheten som er plassert like ved forbrenningsenden av forbrenningskammeret 16.

Det er også plassert i primærluftinnløpskammeret 37 en flamme-20 følerenhet 39 for å detektere flammenærværet i kjelen.

Forløpende innvendig av og konsentrisk i lengderetningen med den horisontale del av det gassholdige brenselrør 28 er bren-nerens dyseenhet 34 for brenselforbindelser/avfallsfluid. 25 Som angitt anvender den sammensatte dyse forstøvet olje for å etablere en indre flamme, men andre flytende brensler og gasser kan imidlertid også brukes. Med særlig henvisning til fig.3 og 4, bruker dysen 34 for vann/olje en dyseenhet 42 som har olje-utgangsåpninger 56 som-er innvendig konsentrisk av avfalls--30 vannåpningene 45. Med hensyn til den detaljerte operering av oljedysen, vil fagmannen finne tilfredsstillende omtale av opereringen av dette system i det ovenfor nevnte US-patent 4,141,505 som er inntatt som referanse. 35 Tilførsel av brenselolje, avfallsfluid som bærer kjemikalier eller annet materiale som skal destrueres, og forstøvningsluft føres til dyseenheten 42 ved rør 54,48 og 52 henholdsvis (fig.3). Som beskrevet injiseres et slør av avfallsmateriale omkretsmessig i dysefordelingshodet 47, hvor injeksjonsvink-elen i forhold til oljedyseaksen er slik at injisert avfallsmateriale ikke vesentlig interfererer med forbrenningsoljen.

Som indikert ovenfor, med særlig henvisning til fig.2, omgir flere forbrenningsgassdyser 30 fluidinjeksjonsenheten 42 for flytende brensel og avfallsfluid. Mellom dysene 30 og den konsentriske plate 44 med dyseåpninger for avfallsfluid og ytre dyseåpninger 45 for avfallsfluid er en flammespreder for forbrenningsgass eller konus 32. Ytterligere omtale av driften av denne konus vil kunne finnes i US-patent 3,226,0 38 som inn-tas herved som referanse.

Med henvisning til fig.2, omgir et omkretsmessig sett av sekun-dærluftstrømmings kontrollvinger 40 den gassholdige brensel-dyse 30 og flammespreder 32, for å skape forutbestemt "virvel-dannelse" av primær forbrenningsluft som entrer forbrenningskammeret fra det primære luftplenum 20.

I drift tilføres forbrenningsgass, flytende brensel og avfallsfluid simultant til brennerenheten 12. Etter antennelse etableres flammemønsteret innvendig av forbrenningskammeret 14 som vist i fig.6 og 7. Søkeren har oppdaget at bruk av den ovenfor beskrevne konstruksjon og bruk av typiske strømnings-grader, etablerer forbrenningsmønsteret i fig.7 det "teppeaktige" f lammemønster . Som vist utgår flytende brensel fra brenselåpningene 6, etablerer en høytemperaturig flammesone 58. Likeledes etableres en gassflammesone 60 av forbrennings-gassene som utgår fra gassdysen 30. Mellom injiseringen av det flytende avfall via utslippsdysene 45 ved en forutbestemt hastighet etableres en avfallsvæskeflammesone 62 som vist i fig.6 og 7. Søkerens oppdagelse innbefatter videre etablering av resirkulasjonssoner inntil det ovenfor nevnte strømnings-mønster for flytende mønster og gassformid brensel hvor interaksjonen tilveiebringer forøket resirkulering ved de om-kretsmessige vegger av forbrenningskammeret 14. Som vist sam-virker resirkulasjonssonen 61 for gassformig brensel og flammeresirkulasjonssonen 59 for flytende brenselolje for å returnere det nå blandede forbrenningsprodukt og derved passerer gjennom blandingen med injisert avfallsfluid grovt i partiet 68 av forbrenningssystemet som vist. Søkerens oppdagelse indikerer at disse resirkulasjonssoner er svært viktige og ved å forøke holdestørrelsen på destruksjonsforbrennings-systemet for avfallsfluid, og videre skape for fullstendig destruksjon av den injiserte avfallsvæske. Forbrenningsprodukter som oppnås ved prøver av en spesifikk destruksjonsenhet som bruker strømningsgrader som indikert nedenfor har resul-tert i de følgende faktiske pipeemmisjonsanalyser.

Forbrenningskammer:

259 cm langt x 91 cm (diameter)

Forbrenningskammer temperatur: 840°C 799-899°C Avfallsfluidstrømning:

55,5 liter/h (.1% HC^ - 84% volumprosent vann)

Det er således åpenbart at det er tilveiebragt i samsvar med oppfinnelsen en destruksjonsenhet for avfallsfluid som anvender et nytt "teppeaktig" forbrenningssystem med dobbelt brensel som fullt ut tilfredsstiller hensiktene, målene og fordelene fremsatt ovenfor.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for destruering av avfallsfluid, karakterisert ved at det etableres en ytre omhyllIng (60) av forbrennende hydrokarbonbrensel og en indre sone (58) av forbrennende brensel ved en temperatur noe høyere enn i den ytre omhylling, at en forutbestemt mengde av avfallsvæske injiseres mellom (62) den ytre omhylling og den indre sone, at resirkuleringssoner (59,61) etableres i et forutbestemt parti av den ytre omhylling (60), den indre sone (58) og avfallsvæsken (62), at den injiserte avfallsvæske blandes og resirkuleres og de ytre omhyllingshydrokarboner og indre hydrokarboner forbrennes for derved å generere forbrenningsprodukter, og at forbrenningsproduktets oppholdstid forøkes i den ytre omhylling og den indre sone.

2. Apparat for å destruere flytende avfall ved interaksjon mellom forbrennende hydrokarboner ved fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved et i hovedsak sylindrisk forbrenningskammer (14) med en forutbestemt lengde og diameter, innretninger som tilfører overskuddsforbrennings-luft inn i nevnte kammer, innretninger (30) for tilføring av gassformig hydrokarbonbrensel/luftblanding for å generere en ytre omhylling (60) av forbrenningsgasser inntil kammerets sylindriske vegger, innretninger (34) som tilfører forstøvet, flytende brensel for å generere en sentral kjerne (58) av forbrennende hydrokarboner, hovedsakelig koaksielt med den ytre omhylling, innretninger (44) som injiserer forstøvet flytende avfall (62) mellom nevnte omhylling og den sentrale kjerne, innretninger (40) innvendig av kammeret (14) som genererer resirkuleringssoner av kjerne- og omhyllingsfor-brenningsproduktene, hvilke soner videre passerer gjennom nevnte forstøvede flytende avfall for å forøke det flytende avfalls oppholdstid i kammeret (14), hvorved flytende avfall oppvarmes til en forutbestemt temperatur fastlagt ved omhyllingen og kjernen for et forutbestemt tidsintervall.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at injiseringsinnretningen (44) for flytende avfall og innret-ningen (34) for innføring av flytende brensel innbefatter en forstøvningsdyse og at det flytende avfall og det flytende brensel innføres i forbrenningskammeret ved én ende.

4. Apparat ifølge krav 2,karakterisert ved at det innbefatter en i hovedsak sylindrisk sammensatt brensel-og avfallsfluidinjektor med første og andre ender, innretninger som tilfører brensel, forstøvende luft og flytende avfall i den første ende, åpningsinnretninger i den andre ende hvor den kryssende avfallsinjiserende og brensel-tilførende innretning innbefatter et antall ytre passasjer (45) i en hovedsakelig sirkulær utforming koaksielt med injektorsylinderen som hver avslutter i en andre endes ytre åpning, et antall indre passasjer konsentriske med injektorsylinderen som hver avslutter i en andre endes indre åpninger (6), innretninger i nevnte injektor som fluidkommuniserer det flytende avfall, den forstøvende luft og ytre passasjer, innretninger i nevnte injektor som fluidkommuniserer nevnte brensel og indre passasjer.

5 . Apparat ifølge krav 4,karakterisert ved at åpningsinnretningene innbefatter fire ytre åpninger radielt avstandsplassert i et 135°, 67,5°, 90° og 67,5° mønster.

6. Apparat ifølge krav 4,karakterisert ved at det innbefatter innretninger som fluidkommuniserer den forstøvende luft og de indre passasjer.