NO169251B - Innretning for termisk nedbryting av skadelige stoffer. - Google Patents

Description

Innretning til termisk nedbrytning av flytende (fluide), skadelige stoffer, spesielt dioksiner og furaner, med et hovedsakelig sylindrisk forbrenningskammer og et ovenfor dette .anordnet etterforbrenningskammer, hvor det i forbrenningskammeret er anordnet minst én innløpsåpning for en gass, spesielt røkgass, som medbringer det skadelige stoff, og minst én brenner, hvor innløpsåpningen er anordnet på skrå i forhold til det aktuelle tangentialplan av forbrenningskammerveggen for frembringelse av en hvirvel eller et spinn, og hvor det ovenfor brenneren er anordnet en tilbakeholdelsesanordning som har på skrå nedadrettede dyser, og som er utformet som et ringlegeme med en sentral gjennomstrømningsåpning, hvis diameter er mindre enn diameteren av forbrenningskammeret.

Visse grupper av organiske skadestoffer av høyeste toksitet, f.eks. dioksiner og furaner, kan bortskaffes på økonomisk måte bare ved at disse forbindelser spaltes i mindre problematiske stoffer ved høye temperaturer. Det er kjent forbrenningsinn-retninger (DE-OS 23 57 804) som nedbryter termiske stoffer termisk ved hjelp av brennere, som drives med et brennstoff, f.eks. naturgass eller lignende. For å sikre at de skadelige stoffer forblir en tilstrekkelig lang tid i en sone med høy temperatur, er det nødvendig å anvende forbrenningskamre med stort volum. Dette fører til kostbare ovnskonstruksjoner, for hvilke det dessuten ikke er lett å sikre en tilstrekkelig god blanding av gassene i brennkammeret. Dersom det velges mindre brennkamre, blir oppholdstiden for de skadelige stoffer i sonen med høy temperatur for liten til å sikre tilstrekkelig kraftige nedbrytningsreaksjoner i forbindelse med anlegget.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en innretning til termisk nedbryting av skadelige stoffer, som ikke er beheftet med de ovennevnte ulemper, som har små utvendige dimensjoner, og som sikrer en lengst mulig oppholdstid for de skadelige stoffer og dermed kraftige nedbrytningsreaksjoner.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at innløpsåpningen for den gass som medbringer det skadelige stoff, er anordnet under brenneren, mens sekundærluft kan strømme gjennom dysene av tilbakeholdelsesanordningen, og at tilbakeholdelsesanordningen har hull som er anordnet rundt den sentrale gjennomstrøm-. ningsåpning.

Rågassen som inneholder det skadelige stoff som skal nedbrytes, når inn i det nedre parti av forbrenningskammeret via innløps-åpningene og tjener som primærluft til drift av brenneren eller brennerne. Den første fase av forbrenningen skjer herunder støkiometrisk eller litt understøkiometrisk. De høye temperaturer på 800-1400°C som herunder fremkommer, fremmer den termiske nedbryting av kompliserte, organiske molekyler, f.eks. dioksiner eller furaner. For å hindre en rask bortsugning av røkgassene og dermed en for kort oppholdstid for de skadelige stoffer i forbrenningskammeret, er det i dette anordnet en tilbakeholdelsesanordning som sender nedadrettet sekundærluft inn i forbrenningskammeret. Dermed oppnås primært den hensikt å holde forbrenningsgassene i lengre tid i forbrenningskammeret. Videre dannes det ved tilførselen av sekundærluft samlet et betraktelig luftoverskudd, slik at det oppnås en fullstendig forbrenning av alle brennbare bestanddeler og dermed et særdeles lavt hydrokarbon- og CO-utslipp. Under forsøkene har det vist seg å være fordelaktig at det er tildannet åpninger resp. hull ikke bare i området for forbrenningskammerets lengdeakse, men også i området for forbrenningskammerveggen, gjennom hvilke den avgass som oppstår under forbrenningen, kan unnslippe mot skorstenen. På grunn av spinn- eller hvirvel-bevegelsen har nemlig de tunge bestanddeler en tendens til å oppholde seg i området for forbrenningskammerveggen, mens de lettere bestanddeler samler seg ved forbrenningskammerets lengdeakse. Hullene som er anordnet om den sentrale gjennom-strømningsåpning og således i området for forbrenningskammerveggen, hindrer altså en uønsket, selektiv bortsugning av de lette bestanddeler. Fortrinnsvis er stegene mellom den sentrale gjennomstrømningsåpning og hullene tildannet sirkelringformet og konsentrisk i forhold til forbrenningskammerets lengdeakse, og forbundet med det ytre parti av ringlegemet via to eller flere støttesteg. De således tilveiebragte hull er sirkelringsektorformede. . Det er fordelaktig at brenneren eller brennerne til frembringelse av en hvirvel er anordnet på skrå i forhold til det aktuelle tangentialplan av forbrenningskammerveggen. På grunn av at brennerne ikke er rettet mot forbrenningskammerets midtakse, men på skrå, frembringes det en hvirvel i forbrenningskammeret .

Videre kan innløpsåpningen til frembringelse av en hvirvel være anordnet på skrå i forhold til det aktuelle tangentialplan av forbrenningskammerveggen. Ved en tilsvarende utformning av innløpsåpningene for rågassen, frembringes det også en kraftig hvirvelstrømning. Virvelen skaffer en god blanding av gassene i brennkammeret, noe som er nødvendig for oppnåelse av en optimal virkningsgrad for anlegget.

Fortrinnsvis er dysene for sekundærluft til forsterkning av hvirvelen i forbrenningskammeret rettet på skrå innad såvel som tangentialt utad, idet sekundærluftdysene er rettet hovedsakelig mot hvirvelstrømmen i forbrenningsrommet. På denne måte blir det i tillegg til en optimal oppholdstid for forbrennings-gassen i forbrenningskammeret, oppnådd en god opphvirvling av gassene.

Ifølge en ytterligere utførelsesform for innretningen ifølge oppfinnelsen, er dysene for sekundærluften rettet nedad, hvorunder de danner en vinkel på ca. 15° med horisontalen. På grunn av de på skrå nedadrettede sekundærluftdyser hindres en rask bortsugning av forbrenningsgassene til skorstenen. De utad rettede sekundærluftdyser, som er anordnet hovedsakelig tangentialt på stegets midtsirkel, bremser utstrømningen gjennom hullene. De på skrå innad rettede sekundærluftdyser bremser'gjennomstrømningen av gassene gjennom den sentrale gjennomstrømningsåpning. Alle sekundærluftdysene har den samme orientering som brennerne, med eller mot urviseren i forhold til forbrenningskammerets lengdeakse. Derved øker gassenes hvirvel eller spinn i forbrenningskammeret ytterligere, noe som fremmer blandingen og øker forbrenningskvaliteten. . Videre kan stegene mellom den sentrale åpning og hullene ha et hovedsakelig trapesformet tverrsnitt, hvorved sideflatene konvergerer nedad. Ved denne utførelsesform oppnås det de mest fordelaktige innbyggingsbetingelser for sekundærluftdysene, fordi dysenes gjennomstrømningsvinkel gjennom stegets vegg på denne måte ikke blir altfor liten.

Fortrinnsvis er det i det indre av stegene, mellom den sentrale gjennomstrømningsåpning og hullene anordnet kanaler for sekundærluften, idet kanalene er forbundet med tilførsels-kanaler i stegene mellom de enkelte hull. Derved er det mulig å fordele dysene for sekundærluften langs hele stegets omkrets.

Videre kan det i øvre området for etterforbrenningskammeret være anordnet minst én tertiærluftdyse. I mange tilfeller er det ønskelig å avkjøle røkgassene ytterligere før innløpet i skorstenen eller å øke luftoverskuddet ytterligere for å oppnå bedre avgassverdier. I etterforbrenningskammeret kan røkgass-parametrene påvirkes ytterligere, spesielt ved hjelp av tertiærluftdysene.

Ifølge et spesielt trekk ved oppfinnelsen kan sekundærluften medbringe et ytterligere problemstoff som kan foreligge i flytende form eller i form av faste partikler. Anvendelses-området for innretningen ifølge oppfinnelsen kan økes betraktelig ved anordning av en ytterligere mulighet til innføring av skadelige stoffer. Spesielt for innføring av medier med en høyere konsentrasjon av skadelige stoffer enn det f.eks. er tilfelle med røkgass, er denne utførelsesform fordelaktig. Ved hjelp av sekundærluften kan det i forbrenningskammeret innblåses aske som forvandles til glass når den beveger seg gjennom forbrenningskammeret, og som kan fjernes som et inert medium i det nedre område av forbrenningskammeret. Den forglassede aske som er behandlet på denne måte kan deponeres uten vanskeligheter fordi den ikke inneholder noen vannløselige substanser. Derved kar. det i tillegg til røkgasser også bortskaffes aske fra forbrenningsanlegg. . Det er fordelaktig at tilbakeholdelsesanordningen bevirker en innsnevring av strømningstverrsnittet på 20-50% og fortrinnsvis på 30-35%. Dette betyr at stegene og støttestegene dekker en prosentuell andel som ligger i det ovennevnte område når tilbakeholdelsesinnretningen ses ovenfra. Det gjenværende strømningstverrsnitt fordeler seg på den sentrale gjennomstrøm-ningsåpning og sidehullene. Ved utformning og konstruksjon av tilbakeholdelsesanordningen må det på den ene side tas sikte på en lengst mulig oppholdstid for de skadelige stoffer i forbrenningskammeret. Dette betyr blant annet at tilbakeholdelsesanordningen må utgjøre en størst mulig strømningshindring i forbrenningskammeret. På den annen side stilles det et krav om et lite strømningstap i forbrenningskammeret, slik at det bare er nødvendig med den naturlige trekk eller et lite ventilasjonsanlegg. Ved forskjellige forsøk har det vist seg at det oppnås et godt kompromiss mellom disse krav dersom forbrenningskammerets tverrsnittsflate reduseres ca. 20-50% på grunn av tilbakeholdelsesanordningen, idet en verdi på omtrent tredjedel synes spesielt fordelaktig.

Videre angår oppfinnelsen en innretning til termisk nedbrytning av flytende (fluide) skadelige stoffer, spesielt dioksider og furaner, med et hovedsakelig sylindrisk forbrenningskammer og et ovenfor dette anordnet etterforbrenningskammer, mellom hvilke det er anordnet en tilbakeholdelsesanordning som er utformet som et ringlegeme med en sentral gjennomstrømnings-åpning, hvis diameter er mindre enn diameteren av forbrenningskammeret. Denne er ifølge oppfinnelsen karakterisert ved at innretningen er oppbygget av ringformede segmenter som er oppbygget modul1ignende, og at det ytre parti av tilbakeholdelsesanordningen er utformet som et ovnssegment.

Oppbygningen av en slik innretning kan derved forenkles betraktelig. Spesielt kan monteringstiden på byggestedet reduseres betraktelig ved anvendelse av prefabrikerte moduler. Til avtetning er de enkelte elementer forsynt med not- og fjærforbindelser. En ytterligere fordel med en slik oppbygning består i at det kan oppnås et stort antall forskjellige . forbrenningskammerstørrelser med det samme sett av moduler, hvorved det kan skaffes en innretning som er ideell for bruksbetingelsene.

Det er fordelaktig at de enkelte segmenter omfatter flere lag, hvor det innvendig er anordnet et lag av ildfaste stener og utvendig er anordnet minst ett lag av isolasjonsstener. På grunn av flerlagsoppbygningen kan det anvendes optimale materialer på alle steder av forbrenningskammerveggen.

Videre kan segmentene være omgitt av en stenullisolasjon og en stålmantel. En stålmantel kan oppta de spenninger som fremkommer på grunn av stenenes varmeutvideise, slik at den trykk-spenning, som disse stener utsettes for, bevirker en første avtetting av forbrenningskammeret. Stålmantelen bevirker en ytterligere avtetting, slik at en undertrykksdrift av innretningen blir overflødig. En dyr sugetrekkventilator kan således utelates.

Fortrinnsvis er innretningen oppbygd av ringformede segmenter, idet segmentene er modullignende, og det ytre parti av tilbakeholdelsesanordningen er utformet som ovnssegment. Derved kan tilbakeholdelsesanordningen utskiftes med andre ovnssegmenter, og det er senere mulig å utføre arbeider i forbindelse med eksisterende innretninger av modulær oppbygning, hvor en tilbakeholdelsesanordning byttes med et ovnssegment eller ganske enkelt settes inn mellom to segmenter.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til figurene. Fig. 1 viser et vertikalt snitt gjennom en innretning ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et snitt etter linjen II-II på fig. 1.

Fig. 3 viser et utsnitt av steget av tilbakeholdelsesanordningen . Fig. 4 viser et ytterligere utsnitt av steget av tilbakeholdelsesanordningen .

Innretningen består av et hovedsakelig sylindrisk brennkammer 1 som er omgitt av ovnssegmenter 2 av ildfaste stener. De enkelte ovnssegmenter 2 er hovedsakelig ringformede. De består av et lag av ildfaste stener 17 og to lag av isolasjonsstener 18 og 19. Utvendig kan stenene i tillegg på kjent måte være omgitt av en ikke vist stenullisolasjon og en stålmantel. Forbindelsesflåtene 21, hvor de enkelte ovnssegmenter 2 berører hverandre, er forsynt med ett eller flere ringformede, omløpende frem-spring 22 for å sikre tettheten. Forbindelsesflåtene 21 er likt utformet' for alle ovnssegmenter 2 av en ovn og, i den grad det er mulig, også for forskjellige ovner med samme diameter, slik at de enkelte ovnssegmenter 2 er utskiftbare og kan kombineres vilkårlig.

Den gass som bringer med seg det skadelige stoff, strømmer inn i forbrenningskammeret 1 gjennom innløpsåpningen 3. Det kan herved dreie seg om en røkgass fra et.forbrenningsanlegg, f.eks. et søppelforbrenningsanlegg. Da disse anlegg generelt arbeider med luftoverskudd, inneholder røkgassene oksygen. Dersom dette ikke skulle være tilfelle, kan røkgassen blandes med omgivelsesluft.

Lengdeaksen 3a av innløpsåpningen 3 behøver ikke være rettet mot lengdeaksen la av forbrenningskammeret. Ved en skrå anordning skaffer den innstrømmende gass en hvirvel i forbrenningskammeret 1.

Forbrenningen skjer ved hjelp av de skjematisk viste brennere 4 som kan være av vanlig type, og hvis lengdeakser 4a er rettet litt oppad. Brennerne 4 er anordnet over innløpsåpningen 3 for å sikre at all gass som strømmer inn i forbrenningskammeret 1 gjennom innløpsåpningen 3 må passere flammefronten 4b av brennerne. Det er anordnet tre brennere 4 som er jevnt fordelt langs forbrenningskammerets omkrets, og hvis lengdeakser 4a ikke er rettet mot lengdeaksen la av forbrenningskammeret. Hvirvelen som består av den gass som strømmer inn i forbrenningskammeret, blir ytterligere forsterket på grunn av den skrå anordning av brennerne 4.

Tilbakeholdelsesanordningen 20 er anordnet over brennerne 4 og skiller forbrenningskammeret 1 fra etterforbrenningskammeret 15. Tilbakeholdelsesanordningen 20 er utformet hovedsakelig som et ringlegeme som er anordnet i et ovnsegment 5. Det indre parti av tilbakeholdelsesanordningen 20 består av steg 6 som tilsammen utgjør et ringlegeme, og som i det midtre parti av forbrenningskammeret 1 har en sentral gjennomstrømningsåpning 7 og sammen med forbrenningskammerveggen 8 avgrenser hullene 9. I stegene 6 er det anordnet innad rettede sekundærluftdyser 10a og utad rettede sekundærluftdyser 10b. Disse sekundærluftdyser 10a,10b er rettet på skrå nedad og danner en vinkel a på 15° med horisontalen. I tillegg er de ikke orientert mot lengdeaksen la av forbrenningskammeret resp. bort fra denne, men rettet på skrå tilsvarende hvirvelstrømingen i forbrenningskammeret 1. Derved forhindres det en for rask bortsugning av gassene fra forbrenningskammeret 1 fordi det frembringes en nedad rettet lufthvirvel i området for den sentrale gjennom-strømningsåpning 7 såvel som i området for hullene 9 på grunn av sekundærluften som strømmer ut fra dysene 10a,10b.

Dysene 10a,10b for sekundærluften blir matet fra kanaler 11 i stegene 6. Disse kanaler blir i sin tur matet fra forsky-ningskanaler 12 i støttestegene 13 som er anordnet mellom de enkelte hull 9.

Stegene 6 har et trapesformet tverrsnitt, idet sideflatene 14a og 14b konvergerer nedad. Over tilbakeholdelsesanordningen 20 er det anordnet et etterforbrenningskammer 15, hvori det kan finne sted en ytterligere, fullstendig forbrenning. Til økning av luftoverskuddet og til avkjøling av avgassene er det anordnet tertiærluftdyser 16. Disse er rettet litt nedad for å sikre en lengst mulig oppholdstid for gassene også i etterforbrenningskammeret 15. Videre er det i etterforbrenningskam-.merets 15 vegg anordnet et mannhull 23. Innretningen er forbundet med en ikke vist skorsten via et avløpsbend 24. Det kan være anordnet en sugetrekkventilator, men en slik er vanligvis ikke nødvendig.

En gass som bringer med seg et skadelig stoff, f.eks. en røkgass fra et forbrenningsanlegg som er tilkoblet foran, strømmer inn i forbrenningskammeret 1, gjennom innløpsåpningen 3. Gassen strømer spiralformet oppad inn i dette forbrenningskammer 1 og gjennom flammefronten av brenneren 4.

Gassens bevegelse oppad blir bremset av sekundærluften som strømmer nedad fra tilbakeholdelsesanordningen 20. Etter en tilstrekkelig lang oppholdstid i forbrenningskammeret 1 strømmer gassen gjennom den sentrale gjennomstrømningsåpning 7 og gjennom hullene 9. De kjemiske nedbrytningsreaksjoner kan fullføres i etterforbrenningskammeret 15. Gassene forlater etterforbrenningskammeret 15 via et avløpsbend 24.

En slik innretning bevirker ved alle tillatte driftsparametre, dvs. også ved deilast, en tilnærmet fullstendig tilintet-gjørelse av de innførte, skadelige stoffer. Dette oppnås med en forholdsvis enkel innretning som er billig å fremstille.

Claims (15)

1. Innretning til termisk nedbryting av flytende (fluide) . skadelige stoffer, spesielt dioksiner og furaner, med et hovedsakelig sylindrisk forbrenningskammer (1) og et ovenfor dette anordnet etterforbrenningskammer (15), hvor det i forbrenningskammeret (1) er anordnet minst én innløpsåpning (3) for en gass, spesielt røkgass, som medbringer det skadelige stoff, og minst én brenner (4) som er rettet inn i forbrenningskammeret (1), hvor det over brenneren (4) er anordnet en tilbakeholdelsesanordning (20) som er utformet som et ringlegeme med en sentral gjennomstrømningsåpning 7, hvis diameter er mindre enn diameteren av forbrenningskammeret, og som har på skrå nedad rettede dyser (10a,10b), karakterisert ved at innløpsåpningen (3) for den gass som medbringer det skadelige stoff, er anordnet under brenneren (4), mens sekundærluft kan strømme gjennom dysene (10a,10b) av tilbakeholdelsesanordningen (20), og at tilbakeholdelsesanordningen (20) har gjennombrutte partier eller hull (9) som er anordnet rundt den sentrale gjennomstrømnings-åpning (7).

2. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at brenneren eller brennerne (4) er rettet på skrå inn i forbrenningskammeret (1) for frembringelse av en hvirvel.

3. Innretning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at innløpsåpningen (3) er rettet på skrå inn i forbrenningskammeret (1) for frembringelse av en hvirvel.

4. Innretning som angitt i et av de foregående krav, "karakterisert ved at dysene (10a,10b) for sekundærluften til forsterkning av hvirvelen i forbrenningskammeret (1) er rettet på skrå innad såvel som på skrå utad, hvorved sekundærluftdysene (10a,10b) er rettet hovedsakelig i retningen for hvirvelstrømmen i forbrenningskammeret 1.

5. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at dysene (10a,10b) for . sekundærluften luter nedad og danner en vinkel på 15° med horisontalen.

6. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at tilbakeholdelsesanord-ningens (20) steg (6) er hovedsakelig sirkelringsektorformede.

7. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at stegene (6) mellom den sentrale gjennomstrømningsåpning (7) og hullene (9) har et hovedsakelig trapesformet tverrsnitt, hvorved sideflatene (14a,14b) konvergerer nedad.

8. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det i det indre av stegene (6), mellom den sentrale gjennomstrømningsåpning (7) og hullene (9), er anordnet kanaler (11) for sekundærluften, idet kanalene (11) er forbundet med tilførselskanaler (12) i støttestegene (13) mellom de enkelte hull (9).

9. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det i det øvre område av etterforbrenningskammeret (15) er anordnet minst én tertiærdyse (16).

10. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at sekundærluften medbringer et ytterligere problemstoff som kan foreligge i flytende form eller i form av faste partikler.

11. Innretning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at tilbakeholdelsesanordningen (20) forårsaker en innsnevring av strømningstverrsnittet på 20-50%.

12. Innretning som angitt i krav 11, karakterisert ved at tilbakeholdelsesanordningen (20) forårsaker en innsnevring av strømningstverrsnittet .på 30-35%.

13. Innretning til termisk nedbryting av flytende, skadelige stoffer, spesielt dioksiner og furaner, med et hovedsakelig sylindrisk forbrenningskammer (1) og et ovenfor dette anordnet etterforbrenningskammer (15), mellom hvilke det er anordnet en tilbakeholdelsesanordning (20) som er utformet som et ringlegeme med en sentral gjennomstrømningsåpning (7), hvis diameter er mindre enn diameteren av forbrenningskammeret, karakterisert ved at innretningen er oppbygget av ringformede segementer (2), som er oppbygget modullignende, og at det ytre parti av tilbakeholdelsesanordningen (20) er utformet som et ovnssegment (2).

14. Innretning som angitt i krav 13, karakterisert ved at de enkelte segmenter (2) omfatter flere lag, hvor det innvendig er anordnet et lag av ildfaste stener (17) og utvendig er anordnet minst ett lag av isolasjonsstener (18,19).

15. Innretning som angitt i krav 14,, karakterisert ved at segmentene (2) er omgitt av en stenullisolasjon og en stålmantel.