NO813744L - Fremgangsmaate ved to-trinnsforbrenning av ved, torv og lignende brensler. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte

ved fyring med vedbrensel. og andre lignende biobrensler som ikke er slaggdannende, som torv etc, i en brenselbeholder. Disse -brensler kjennetegnes også av et lavt askeinnhold og en rikelig produksjon av pyrolysegass ved oppheting med begrenset luft-tilgang allerede ved forholdsvis lave temperaturer. Den rest som dannes ved pyrolysen, er også meget reaktiv ved sluttforgassing og sluttforbrenning.

Denne kategori av brensler er potensielt meget miljø-vennlig ikke minst beroende på et som oftest meget lavt svovelinnhold. Derimot inneholder brenslene organisk bundet nitrogen som gir nitrogenoxyder også ved.middels forbrenn-ingstemperaturer ved forbrenning av disse brensler.

De termokjemiske egenskaper som er blitt antydet . ovenfor, har hittil utgjort en komplikasjon. Den store produksjon av pyrolysegass allerede ved lave temperaturer fører til risiko for ukontrollerte utslipp av ' kref tfrembringende polyaromater og likeledes utfellinger av såkalt kreosot eller tjære i røkgangene. Skorstensbranner i hus som Opp-varmes med ved, har forårsaket store skader.

I de seneste år er oppmerksomheten blitt rettet mot utslipp av kreftfrembringende stoffer ved forbrenning av såvel fossile brensler som biobrensler, som ved og torv. Risikoen for slike utslipp som følge av en ufullstendig forbrenning er givetvis spesielt stor ved fyring i liten skala med stykkformig brensel, f.eks. vedstykker, fra ovner som er primitive ut fra et forbrenningsteknisk synspunkt.

Et første formål med den foreliggende oppfinnelse

er å tilveiebringe en fremgangsmåte som muliggjør en fullstendig og miljøvennlig forbrenning, av spesielt ved, torv og brunkull også i liten skala for oppvarming av småhus etc. med små utslipp av nitrogenoxyder, kreftfrembringende stoffer og støv med et lavt luftoverskudd.

Et annet formål er å tilveiebringe en hurtig reguler-

ing av varmeeffekten innenfor vide grenser for tilpasning til det aktuelle behov.

Et tredje formål er å tilveiebringe en høy virknings-grad og en høy sluttforbrenningstemperatur for god brensel-

økonomi og effektiv utnyttelse av røkgassvarmen.

Et fjerde formål er . å oppnå de ovenfor angitte fordeler og egenskaper også ved fyring av brensel i form av større stykker, somkjeleved eller briketter.

Oppfinnelsen fører også til en rekke andre fordeler som vil fremgå av den følgende beskrivelse.

Fremgangsmåten ifølge o<p>pfinnelsen er blitt spesielt utviklet for biobrensler, som ved og torv, men den kan også tillempes for andre brensler, som brunkull etc. Fremgangsmåten er også spesielt egnet for fyring med kjele ved og vedstokker, men den kan også tillempes for flis og andre fin-delte brensler. Dimensjoneringen<p>g detaljutformningen kan lett tilpasses til det foretrukne brensel.

Oppfinnelsen bygger på en ny forbrenningsteknisk kom-binasjon. Det nye prinsipp muliggjør et nytt forbrennings-forløp som dels er tilpasset til de nevnte foretrukne brenslers spesielle egenskaper og.som dels oppfyller de ovenfor angitte ønskemål hva gjelder en fullstendig og effektiv forbrenning.

Det har ikke manglet forsøk på å anvise metoder og ovner for effektiv og fullstendig forbrenning av vedbrensel ofte i samband med beholderforbrenning. Naturlige forholds-regler har vært forvarming av forbrenningsluften, tilførsel av sekundærluft i et spesielt flammeråm eller en utformning som gjør at de utviklede gasser tvinges gjennom herden.

Svensk patent 6251 beskriver således en ovn med en brenselbeholder og et rom som omgir denne for å forvarme forbrenningsluften. Veden synker i den stående brenselbeholder ned mot en horisontal rist med en askeskuff anordnet under risten.

Svensk patent 7454 beskriver tilførsel av primærluft til herden som er anordnet på en "vertikal rist, med sluttforbrenning ved tilførsel av sekundærluft.

Andre prinsipielt likeartede metoder og anordninger

er beskrevet i andre tidligere patentskrifter, som svenske: patenter 11515, 14383, 29004, 93704 etc.

Svensk patent 99156 beskriver forbrenning med omvendt befrolder. Forbrenningen skjer i en horisontal herd i brensel-1 chargens øvre del.

Svensk patent 99532 tilstreber eri fullstendig forbrenning med sekundærluft ved at ovnskammeret har én i forhold til dets lengde forholdsvis liten bredde slik at flammerommet får et spaltelignénde utseende. Svensk patent 148925 viser også hvorledes forvarmet luft tilføres for sluttforbrenning i et særskilt kammer som er anordnet foran det egentlige flammerom. Svensk patent 118540 beskriver et gass-flammeavløp som er sentralt anordnet i en vannavkjølt plan rist.

Ingen av disse kjente prinsipper tilfredsstiller de ovenfor angitte ønskemål såvel som den foreliggende oppfinnelse som angår en fremgangsmåte ved forbrenning av ikke-slaggdannende, gassrike, faste brensler, som ved, torv og' brunkullji en ovn med brenselbeholder for beholderfyring med en rist og et ristrom og et forbindende flammerom for forbrenning av brenselgass som forlater ristrommet,karakterisert vedat varm, resirkulert røkgass bringes i kontakt med brenslet i en smal forgassingssone i ristrommet for å danne en brenselgass som forbrennes i flammerommet.

Oppfinnelsen vil nu bli nærmere beskrevet ved hjelp av figurene 1, 2 og 3.

Figur 1 viser helt skjematisk prinsippet for den

nye fremgangsmåte.

Figur 2 viser en formålstjenelig ovn for å utføre frempgangsmåten ifølge oppfinnelsen, med utelukkelse av kon-struksjonsmessige detaljer.

Figur 3 viser i prinsippet andre utførelsesformer

av ovner for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Figur 1 viser- eh brenselbeholder (1) med en rist (2) og det faste brensel (3). Varm røkgass<*>med en temperatur av over 200°C (4) fra flammerommet (5) tilføres til en smal forgassingssone (6) i og inntil risten (2) i ristrommet (7). ;Den brenselgass (8) som dannes ved,forgassingen av brenslet, strømmer mot spalten (9) ved ristens overkant (10) hvor den blandes med forbrenningsluft (11) for forbrenning i flammerommet (5) til røkgassen (12)^hvorved strømmen (4) resirkuleres mens resten av røkgassen (13) utnyttes.i varmevekslere etc. før den går over til skorstenen. ;Figur 2 viser prinsippet for en ovn for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i en foretrukkeri utførelsesform. ;Brenselbeholderen (1) som for et småhus kan ha en lengde på ca. 1 meter og et kvadratisk tverrsnitt på ca. ;0,2 x 0,2 meter, er nedentil avsluttet med risten (2j~sam-;er skråstilt henimot horisontalplanet.;Brenselbeholderen (1) inneholder brenselchargen (3), f.eks. vedstokker, som står på risten (2) . ;Det er ofte gunstig å anordne ytterligere en fortrinnsvis horisontalt anordnet planrist (14) for å fange opp ikke fullstendig sluttforbrent brensel som kan falle gjennom risten (2). Asken oppsamles i askeskuffen (15). ;Røkgasstrømmen som resirkuleres til forgassingssonen (6), avledes fra flammerommets øvre del via kanalen (16) som inneholder viften (17) og varmeveksleren (18) for gjenopp-varming av røkgasstrømmen. Røkgassen går derefter til innløpet (19) ved hjelp av et rørsystem (ikke vist) som er' forlagt til ovnens varmeste deler. ;Den dannede brenselgass strømmer oppad langs risten;(2) mot spalten eller innsnevringen (9). Spalten forbinder ristrommet (7) med flammerommet (5). ;Den varme røkgassstrøm inneholder nitrogen, carbon-dioxyd, vanndamp og en liten mengde oxygen. Oxygeninnholdet reguleres ved luft/brenselgassforholdét i flammerommet og ved eventuell ekstra tilførsel av resirkulert røkgass via ledningen (20) med spjeldet (21) og viften (22). (Se svensk patentsøknad 8001801-3). En meget hurtig pyrolyse og forgassing av brenslet finner sted i den smale forgassingssone. Pyrolyse- og forgassingsresten oxydefes av oxygenet i reaksjonsgassen. Organiske nitrogenforbindelser brytes ned til nitrogen. Det faste vedbrensel omvandles således til en miljøvennlig brenselgass. • ;Brenselgassen forbrennes i flammerommet (5) ved tilsetning av luft i eller inntil spalten hvor en intens om-blanding finner sted. F lamme romm e-t s areal øker derefter oppad, og dette forårsaker at partikkelformig materiale fraskilles. Flammerommet kan også inneholde ledeplater (23) for å be-virke en sirkelformig gassbevegelse. Ytterligere luft for sluttforbrenning og fortynning kan tilsettes i innløp som er tangensialt anordnet (24) for å frembringe en syklo nvirkning. ;Det er overraskende at kontakten mellom brensel og resirkulert varm røkgass vil danne en brenselgass som kan forbrennes fullstendig og miljøvennlig i flammerommet. Det er ikke mulig å gi en enkel forklaring på dette trekk. ;En nærmere analyse av forskjellene mellom oppfinn-elsesgjenstanden og andre prinsipper, f.eks. ifølge de oven-nevnte svenske patenter, vil imidlertid gi endel ledetråder. Ingen av disse kjente prinsipper gir den samme hurtige og intense forgassingsprosess i en liten sone kombinert med det særtrekk at all dannet gass hurtig avgår til flammerpmmet. ;Disse forhold som kan beskrives som flashpyrolyse/ forgassing i dette område ifølge de sistnevnte forklaringer, vil gi en brenselgass med en høyere varmeverdi og forbedrede forbrenningsegenskaper bl.a. beroende på et høyere methaninnhold. Pyrolysen blir også mer fullstendig med en mindre mengde pyrolyserester og er dessuten mer reaktiv ved forgassing og sluttforbrenning. ;Disse egnede forhold fås ikke i tidligere ovner som.;er særpregede ved en langsommere pyrolyseprosess og en lengre oppholdstid for den produserte gass med termokjémisk omvandling av primære pyrolyseprodukter henimot en likevekts-blanding. ;Oppfinnelsens tekniske virkning', den fullstendige forbrenning, kan selvfølgelig tilbakeføres .til brenselgassens forbrenningsegenskaper. Brenselgassens egenskaper kan ikke beskrives fullstendig ved hjelp av analyse av brenselgass-prøver. Gassen har en annen sammensetning straks efter pyro- • lyse- og forgassingsreaksjonene og kan inneholde reaktive mellomprodukter av forskjellig ty-pe, som ioner, radikaler etc. Flashpyrolysen og den korte 'oppholdstid som ligger innen området fra ca. 0,1 sekund eller derunder til et par sekunder, ;er av stor betydning for brenselgassens egenskaper. ;Reaksjonsmønsteret ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med en reaksjonsgass fo"r* pyrolyse og forgassing og bestående av varm, resirkulert røkgass med et innhold av reaktive mellomprodukter, er fullstendig forskjellig fra f.eks. delvis bxydasjon med forvarmet luft. Temperaturen i den resirkulerte røkgass bør være over 200°C og kan fortrinnsvis oppgå til 550-750°C. En annen viktig omstendighet er det lave oxygeninnhold i den resirkulerte røkgass som ikke bør overskride ca. 10% og fortrinnsvis være under 2-3%. Et eventuelt tilskudd av luft bør avpasses til å gi dette nivå.

En meget liten del av brenselchargen tar hvert øye-blikk del i forgassingsprosessen. Prosessen kan beskrives

ved at brenselchargen forbrennes som en sigar med dens glød mot risten. Dette forårsakes av det bemerkelsesverdige særtrekk at bare den nederste del av brenselchargen tar del i prosessen. Takket være dette kan oppvarmingseffekten hurtig omstilles fra spareeffekt til full effekt og vice versa.

Forbrenningsprosessen reguleres selvfølgelig ved re-gulert tilførsel av reaksjonsgassen, f.eks. luft,og den resirkulerte forbrenningsgass. Det er i alminnelighet ønsket å arbeide med et så lavt overskudd av luft som mulig. Det er mulig å arbeide nær et støkiometrisk lufttilskudd ved om-hyggelig innstilling av prosessbetingelsene.

Ved enklere utførelsesformer med naturlig trekk og manuell regulering av spjeld under konstante arbeidsbe-tingelser vil observasjonsvinduer inn til rist- hhv., flammerommet he-r hjelpetil med innstillingen av lufttilførselen.

Et røkgasstermometer og en visuell bedømmelse av forbrennings-gassen som forlater skorstenen, gir ytterligere informasjon for.manuell drift.

Den geometriske anordning av den skråstilterist, den tynne spalte, og det forbindende flammerom utgjør en meget nyttig ovnskonstruksjon for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Oppfinnelsen er derfor ikke begrenset til disse geometriske krav. Den'snevre forgassingssone og den korte og intense kontakten mellom varm, resirkulert røkgass og brensel kan også oppnås med andre utførelsesformer av ovnen som vist på figur 3. Figur 3a viser således en horisontal fofgassingssone (6), hvorved risten (2) har en avlang form slik at brenselgassens oppholdstid i forgassingssonen blir kort. Figur 3b viser en vertikal forgassingssone, (6) og figur 3c en brenselbeholder som nedad er avsluttet med en dobbeltrist for å frembringe to- motstående forgassingssbner. Symbolene i figur 3a, b og c er de samme som i figur 1 og 2.

Oppfinnelsens tekniske virkninger kan illustreres ved hjelp av det følgende eksempel. Brenselgassens methaninnhold er en god indikator på gassens egenskaper. To-trinnsforbrenning kan finne sted i en ovn ifølge figur 2 - som forøvrig er gjenstand for en samtidig patentsøknad (svensk patentsøknad 8001801-3) - enten med tilsetning av forvarmet luft til for-, gassingssonen som er beskrevet i den- nevnte samtidig inn-leverte patentsøknad, eller med tilsetning av varm resirkulert røkgass. Den resirkulerte røkgass har. en temperatur av ca. 750°C og et oxygeninnhold av 2% .Luften for den delvise forbrenning ved kontrollforsøket forvarmes til 150°C. Methaninn-holdet i brenselgassen er 0,02 Nm 3/kg brensel ved kontrollfor-søket og mer enn to ganger så høyt, 0,05 Nm 3/kg.brensel, med resirkulert varm røkgass.

Oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med en lang rekke forskjellige brensler ved å forandre eksisterende ovner eller ved nykonstruksjon slik at ovnen tilpasses betingelsene for den nye metode. Det bør ikke være vanskelig for fagmannen, som kjenner til den foreliggende oppfinnelsesidé og teknikkens stand innen forbrenningsteknologi å konstruere, produsere og anvende ovner for den nye fremgangsmåte slik at han vil bli istand til å oppnå de store fordeler ved oppfinnelsen, spesielt en fullstendig forbrenning av faste brensler på miljøvennlig måte.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved to-trinnsforbrenning av ikke-slaggende, faste brensler, som ved, torv og brunkull, som inneholder en stor mengde flyktig materiale, i en ovn med en brenselbeholder (1) for beholderfyring, med et ristrom.(7) og et forbindende flammerom (5) for forbrenning av brenselgass - som forlater ristrommet, karakterisert ved at varm, resirkulert røk-gass bringes i'kontakt med brenslet i en trang forgassingssone (6) i ristrommet (7) for generering av en brenselgass som forbrennes i flammerommet (5).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den varme, resirkulerte, røkgass forsterkes med luft, hvorved det. samlede, oxygeninnhold ikke skal overstige 5%.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen for den varme, resirkulerte røkgass overskrider 200°C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert 'ved. at temperaturen for den resirkulerte røkgass ligger innen området 550-750°C.