NO300556B1 - Fremgangsmate til brenning av svartlut i gjenvinningskjeler og gjenvinningskjel for utforelse av fremgangsmaten - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for brenning av svartlut i gjenvinningskjeier. Oppfinnelsen omfatter også en gjenvinningskjel for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Gjenvinningskjeier for brenning av svartlut som fås ved koking av cellulose har vært kjent i mange tiår. Deres formål er både å skaffe energi gjennom brenningen og delvis å gjenvinne kjemikalier som anvendes under kokingen av cellulosen og som frigjøres i en smeltet tilstand i løpet av brenningen og tappes fra gjenvinningskjelens nedre parti. Gjenvinningskjeier er store anlegg, og foruten en stor mengde energi og gjenvunnede kjemiske stoffer, genererer de også store mengder røykgasser. Disse røykgasser inneholder blant annet nitrogenoksider som fremkommer ved brenningen av luten. Disse oksider kommer både fra nitrogenholdige materialer i luten og fra nitrogenet i forbrenningsluften. Brenningen i en gjenvinningskjel finner sted ved en forholdsvis lav temperatur, ca. 1200°C, og det antas at mesteparten av nitrogenoksidene kommer fra svartluten.

I de senere år har stadig strengere krav med hensyn til utslipp av nitrogenoksider i atmosfæren blitt innført. Det er almin-nelig kjent at disse oksider bidrar til forsurningen av, og har en ytterligere uheldig innvirkning på, naturen. Innholdet av nitrogenoksider som slippes ut fra gjenvinningskjelene i treforedlingsindustrien er imidlertid lavt sammenlignet med det som kommer fra biler etc. Normalt ligger innholdet i området 40-70 mg N02/MJ, men disse verdier vil måtte reduseres betydelig i fremtiden.

De faktorer som påvirker dannelsen av nitrogenoksider er mengden av nitrogen i brenselet, hvordan nitrogenet er bundet, oppvarmingshastigheten, påvirkningstiden, temperaturen og innholdet av oksygen. Den viktigste parameter synes imidlertid å være mengden av oksygen som tilføres. Ved å redusere overskuddet av luft og derved redusere innholdet av oksygen i fyringsområdet, er det mulig å redusere dannelsen av nitrogenoksider. Samtidig som oksygeninnholdet synker til et nivå på muligens mindre enn 2-3 volumprosent, vil imidlertid innholdet av karbonmonoksid øke til svært høye verdier på grunn av den ufullstendige brenning av karbon. Det har derfor tidligere vært foreslått å opprettholde et lavt innhold av oksygen i den nedre del av gjenvinningskjelen for dannelse av en liten mengde nitrogenoksider, og å kombinere dette lave oksygeninnhold med en endelig brenning av det gjenværende karbonmonoksid i et overskuddsluftspjeld (register) på et høyere nivå i gjen-vinningsk jelen. Det er viktig at karbonmonoksidet oksideres til karbondioksid for oppnåelse av en tilfredsstillende energi-utvikling, men ved denne senere forbrenning øker også innholdet av nitrogenoksider.

Det har også vært foreslått å tilsette reduserende gass såsom ammoniakk eller husholdningsgass over kokelutens innførings-område for å oppnå en reduksjon av således dannede nitrogenoksider. Luft har deretter blitt tilsatt for endelig forbrenning av komponentene i gassene som kan brennes for derved å utvikle ytterligere energi.

Til tross for alle disse forsøk på å utføre brenningen på en slik måte at lavt innhold av nitrogenoksider dannes, har en tilfredsstillende forbrenningsmåte ennå ikke blitt oppnådd. Innholdet av nitrogenoksider er fortsatt for høyt.

Ved den foreliggende oppfinnelse er der skaffet en fremgangsmåte for oppnåelse av røykgasser som har et lavt innhold av nitrogenoksider under forbrenningen av svartlut i gjen-vinningsk jeier , idet fremgangsmåten er kjennetegnet ved at en del av forbrenningsluften mates inn som en siste porsjon på et meget høyt anordnet nivå i kjelen, slik at en reduserende atmosfære uten ekstra tilsetning av reduserende gasser foreligger fra det område hvor svartluten mates inn til den siste forbrenningslufttilsetning i et tidsrom på minst 3 sekunder.

Den siste porsjon av forbrenningsluften kan, i henhold til oppfinnelsen, tilsettes i to trinn på to høyt anordnede nivåer. Mengden av forbrenningsluft som ifølge oppfinnelsen skal tilsettes på dette høyt anordnede nivå er 5-50%, fortrinnsvis 5-10% av den samlede forbrenningsluft.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sørger også for at innholdet av nitrogenoksider i røykgassene reguleres ved et kontrollsystem som automatisk regulerer tilsetningen av luft på de forskjellige nivåer.

Oppfinnelsen omfatter også en gjenvinningskjel for brenning av svartlut i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet. Den er kjennetegnet ved at den, foruten de vanlige organer for innmatning av primær, sekundær og tertiær forbrenningsluft, også omfatter organer for innmatning av kvaternær forbrenningsluft på et betydelig høyere nivå.

Gjenvinningskjelen i henhold til oppfinnelsen kan ha organene for tilsetningen av kvaternær luft anordnet på ett eller flere nivåer 10-20 m over nivået for innløpet av svartluten.

Gjenvinningskjelen ifølge oppfinnelsen kan være forsynt med to rader tilførselsåpninger for innmatning av kvaternærluften, og ett nivå kan være ca. 13 m og det annet ca. 19 m over nivået for svartlutens innløp.

I henhold til oppfinnelsen er det passende dersom åpningene for den øverste luftinnmatning er anordnet i det område hvor kjelen er smalest, dvs. hvor den såkalte indre "nese" er anordnet.

Til slutt er gjenvinningskjelen ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at den omfatter et kontrollsystem for automatisk regulering av de forskjellige matestrømmer av forbrenningsluften.

Oppfinnelsen skal nå beskrives i nærmere detalj i det etterfølgende med henvisning til den ledsagende tegning som skjematisk viser gjenvinningskjelen ifølge oppfinnelsen i snitt.

Gjenvinningskjelen i henhold til fig. 1, som er av en vanlig type, omfatter innsprøytningsdyser 1 for svartlut anordnet i den nedre del av gjenvinningskjelen. Under disse svartlut-innsprøytningsdyser 1 er der anordnet åpninger 2 for tilførsel av sekundærluft. En startbrenner er også anordnet på dette nivå. Åpninger 3 for primærluft er anordnet nedenfor åpningene for sekundærluft. Åpninger 4 for tilførsel av tertiærluft er anordnet over svartlut-innsprøytningsdysene 1. Kjelen omfatter også vanlige organer såsom det smalere parti 5 i den øvre del av kjelen kalt "nesen" og en varmeveksler 6 av vanlig type. Til slutt er der under kjelen en oppsamlingsanordning 7 for smelte og gjenvunnede kjemiske stoffer som strømmer ned langs veggene av mottagerorganet og som stort sett består av kjente natrium-salter.

På et høyere nivå i kjelen nær det området hvor "nesen" 5 er, er der i henhold til oppfinnelsen anordnet ytterligere luftinnmatningsåpninger 8. Disse kan være flere, passende åtte, skjønt det nøyaktige antall er ikke kritisk. Gjennom disse luftinnmatningsåpninger blir en del av den tertiære luft som normalt skulle være blitt matet inn lengre nede ved posisjonen 4 i kjelen tilsatt. Mengden som normalt tilføres ved posisjonen

4 er redusert, og denne mengde innføres ved de høyest anordnede lufttilførselsinnretninger 8. Mengden av luft som tilføres i denne øvre posisjon er passende 5-10% av den samlede luft som tilføres. Dette betyr at i området fra posisjon 4 til posisjon 8 blir der oppnådd en reduserende gassatmosfære som stort sett inneholder karbonmonoksid og mindre mengder hydrogen og hydrogensvovel som reduksjonsmidler. Karbonmonoksid er et mindre effektivt reduksjonsmiddel for redusering av nitrogen-oksid enn f.eks. husholdningsgass og lignende, men denne lavere reduksjonsevne blir kompensert for ved å la karbonmonoksidet virke over et lengre tidsrom, nemlig minst 3-5 sekunder, som er den tid det tar for gassene fra posisjon 4 til posisjon 8. Ved posisjon 8 og like etter blir de reduserende gasser brent til karbondioksid, vann etc., og omformer den siste mengden energi som er mulig. Denne forbrenning finner sted ved en temperatur i området 900-1200°C, en temperatur ved hvilken svært små mengder nitrogenoksider dannes. Ved disse frem-gangsmåter blir en betydelig reduksjon av mengden nitrogenoksider oppnådd. Dette er vist i det ledsagende diagram som viser innholdet av nitrogenoksider (N0X) i røykgassen angitt som deler pr. million, og den prosentvise reduksjon av disse avhengig av avstanden i meter fra svartlutens innsprøyt-ningsdyser. Dette fremgår klart, og det kan ses at en reduksjon av nitrogenoksidene på inntil 40% ble oppnådd under disse forsøk. Under gunstige betingelser kan en enda høyere reduksjon oppnås. I løpet av forsøkene ble kvaternærluft i en mengde på 5%, 8%, 6% og 2,5% av den samlede mengde forbrenningsluft tilsatt i posisjon 8.

På figuren er en ytterligere rad med luftinnløp for den øvre forbrenningsluft vist i posisjonen 9. Disse innløp kan sløyfes, men de kan også være en komplementerende del til luftinnløpene i posisjonen 8. Antallet luftinnløp i posisjonen 9 kan være det samme som i posisjon 8, passende åtte.

Ved å anordne det øvre forbrenningsluftinnløp på et slikt høyt nivå i kjelen og ved innmatning av en del av forbrenningsluften på dette nivå, hvilken luft i andre tilfeller ville ha blitt matet ved nivået for tertiærluften, for derved å oppnå et lavere innhold av nitrogenoksider, er det nå mulig å regulere innholdet av nitrogenoksider i røykgassene ved å variere strømmen gjennom luftinnløpene. Ifølge oppfinnelsen kan dette oppnås automatisk ved måling av innholdet av nitrogenoksider i røykgassene og, via en datamaskin, la disse målte verdier regulere åpningene for innmatning av luft til både de primære, sekundære, tertiære og kvaternære luftinnløp. På denne måte kan man kompensere for variasjoner i kvaliteten av brenselet etc., og til enhver tid oppnå en minimal mengde nitrogenoksider i røykgassene.

Det viktigste trekk ved oppfinnelsen er, som angitt ovenfor, at den siste del av luften tilsettes på et meget høyt nivå i gjenvinningskjelen og at luftmengden på lavere nivåer minskes i en slik grad at et reduserende miljø oppnås i et meget langt tidsrom, 3-5 sekunder, i den vanlige gjenvinningskjel. Dette tidsrom skal sammenlignes med det tidsrom man tidligere hadde når den siste del av luften ble tilsatt ved tertiærstillingen 4 ca. 3 m over svartlut-innsprøytningsdysene. Dette tidsrom var ca. 0,5 sekunder, hvilket nå er blitt forlenget til ca. 5 sekunder.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med en gjenvinningskjel med normal lengde på ca. 70 m, hvor det øverste luftinnløp er passende anordnet ca. 19 m over svartlutens innsprøytningsdyser. I større kjeler kan det samme forhold mellom lengden og avstanden over svartlutens innsprøytnings-dyser foreligge. For kortere kjeler kan imidlertid et annet forhold være egnet, da i slike kjeler oppholdstiden i alle tilfeller kan være for kort for reduksjonen av nitrogenoksider.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til brenning av svartlut i gjenvinningskjeier for oppnåelse av røykgasser som har et lavt innhold av nitrogenoksider (N0X), karakterisert ved at en del av forbrenningsluften mates inn som en siste porsjon på et meget høyt anordnet nivå i kjelen, slik at en reduserende atmosfære uten ekstra tilsetning av reduksjonsgasser foreligger fra det område hvor svartluten mates inn til den siste forbrenningslufttilsetning i et tidsrom på minst 3 sekunder.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den siste porsjon av forbrenningsluften tilsettes i to trinn på høyt anordnede nivåer.

3. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-2, karakterisert ved at mengden av forbrenningsluft som tilsettes på det høyt anordnede nivå er 5-50%, fortrinnsvis 5-10% av den samlede mengde forbrenningsluft.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom nitrogenoksider i røykgassene reguleres ved et kontrollsystem som automatisk regulerer lufttilsetningen på de forskjellige nivåer.

5. Gjenvinningskjel for brenning av svartlut i henhold til et av kravene 1-4, karakterisert ved at den, foruten vanlige organer for innmatning av primær (3), sekundær (2) og tertiær forbrenningsluft (4), også omfatter organer (8, 9) for innmatning av kvaternær forbrenningsluft på et betydelig høyere nivå.

6. Gjenvinningskjel som angitt i krav 5, karakterisert ved at organene (8, 9) for innmating av kvaternær luft er anordnet på ett eller flere nivåer 10-20 m over nivået for innsprøytningsdysene (l) for svartluten.

7. Gjenvinningskjel som angitt i et av kravene 5-6, kar a_kteri sert ved at organene for tilsetning av kvaternær luft består av to rader av tilførselsåpninger (8, 9) på nivåer ca. 13 m og ca. 19 m over nivået for svartlutens innsprøytningsdyser.

8. Gjenvinningskjel som angitt i et av kravene 5-7, karakterisert ved at den øverste rad av lufttilførselsåpninger (8) er anordnet i det område hvor kjelen er smalest, dvs. nær den innvendige "nese" (5).

9. Gjenvinningskjel som angitt i et av kravene 5-8, karakterisert ved at den omfatter et kontrollsystem for automatisk regulering av de forskjellige matestrømmer av forbrenningsluft.