NO873392L - Fremgangsmaate ved termisk utnyttelse av avfall eller lignende. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangs-

måte for termisk utnyttelse av avfall og/eller avfalls-stoffer ved forgassing og etterfølgende forbrenning av de dannede gasser.

Forgassingsreaktorer som kan behandle tungmetallholdige rester, f.eks. fra den kjemiske industri, er kjent f.eks. fra AT-PS 379 618. Ved denne kjente forgassingsreaktor blir det tungmetallholdige avfall tilsatt i en sekundærgass-reaksjonssone og på denne måte oppnås det at slikt avfall kan bringes ut sammen med slagget etter at slaggbadet har størknet. Ved slike reaktorer er det nød-vendig å arbeide med relativt høy temperatur for å sikre et flytende slaggbad, og for en rekke avfall som det er problematisk å bli kvitt er det ikke økonomisk å benytte forgassing ved slike høye temperaturer. Spesielt for plastavfall og tungmetallholdige avfall som er oppløselige ved vesentlig lavere temperaturer, kan med fordel bearbeides ved lavere temperaturer. Ved de kjente forgassingsreaktorer dannes det såkalte magergasser, som har en varmeverdi som gjør det mulig å brenne disse gasser, i det minste sammen med en støttefyring. Røkgassene som dannes ved den påfølgende forbrenning for energiproduksjon kan ikke umiddelbart benyttes for slike høytemperaturforgas-sere, med det resultat at verdifull energi som inneholdes i røkgassene går tapt.

Oppfinnelsen tar således sikte på å utnytte bedre

de røkgasser som kommer fra et brennkammer for energiproduksjon og tilveiebringe en økonomisk fremgangsmåte hvor en rekke vanskelig fjernbare avfall, spesielt tungmetallholdige eller plastholdige avfall, kan utnyttes termisk.

Til løsning av denne oppgave består oppfinnelsen hoved-sakelig i at avfallet og/eller avfallbrennstoffene til-føres en forgassingsreaktor som oppvarmes direkte med gass og/eller olje, at gassene fra forgassingsreaktoren til-føres et brennkammer for energiproduksjon, spesielt dampproduksjon, og at en del av røkgassene fra brennkammeret tilbakeføres til forgassingsreaktoren under trykk. Ved at røkgassene fra forbrenningskammeret til forgassingsreak toren tilbakeføres, oppnås det en vidtgående regulering og styring av forgassingsforholdene, spesielt når det ved fremgangsmåten benyttes en temperatur som er vesentlig lavere enn i en høytemperaturforgassing. Tilbakeføringen av røkgasser fører på grunn av reaksjonslikevekten i gass-fasen mellom CO og CO2til en reduksjon av temperaturen i forgasseren, og dertil oppnås på den annen side den fordel at det kan innstilles et reduserende miljø i forgasseren og at CO-tilbudet i forgasseren kan gjøres til gjen-stand for en regulering. Med fordel kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjennomføres på en slik måte at temperaturen i forgassingsreaktoren holdes mellom 500 og 1200 °C, fortrinnsvis mellom 700 og 1200°C. Ved at røkgassene fra brennkammeret tilbakeføres til forgassingsreaktoren under trykk sikres reguleringen av forgassingsforholdene og også innstillingen av forgassingssonen på enkel måte, spesielt dersom røkgassene tilbakeføres til forgassingsreaktoren i minst to innbyrdes adskilte soner. En tilbakeføring av røkgassene nær tilførselen for avfall eller avfallsbrennstoffer kan være å foretrekke for å for-tørke eller forvarme dette avfall. Ved en tilsvarende damptilbakeføring i en slik middeltemperaturtorgassingsreaktor kan også den forønskede fuktighet i avfallet eller avfallsbrennstoffet påvirkes slik at forgassingsforholdet kan forbedres. Ved samtidig tilbakeføring av røkgassene til tilførselsenden og nær brenneren lar høyden av forgassingssonen seg forskyve så vidt meget at forgassingssonen kan innstilles til umiddelbar nærhet av utløpene for magergassene.

På spesielt enkel måte kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres slik at løst brennstoff tilføres forgassingsreaktoren på fortettet måte via en mateskrue, mens stykkedelt brennstoff tilføres som styrtgods og ballepresset brennstoff tilføres ved hjelp av en innskyvnings-anordning.

For å regulere forgassingssonens stilling og til-passe forgassingsforholdene til det aktuelle avfall eller avfallsbrennstoff blir røkgassene med fordel tilbakeført til forgasseren via et innstillbart strupeorgan for innstilling av det reduserende miljø og CC^ -tilbudet i forgasseren .

Ved drift av et slikt anlegg er det fordelaktig dersom energi kontinuerlig kan stilles til rådighet. Da det ikke alltid foreligger problemavfall som lar seg om-sette til utnyttbare gasser ved middeltemperaturtorgas-sing, er det fordelaktig å utforme anlegget så vidt flek-sibelt at det også kan fungere uten forankoblet forgasser. Så snart en forgasser er utkoblet vil imdilertid oppstarting av forgasseren vanligvis by på vanskeligheter. Derfor kan man innenfor oppfinnelsens ramme med fordel gå frem slik at røkgassene kan benyttes til forvarming av forgasseren ved oppstarting, hvorved oppstartingen av en avslått forgasser kan påskyndes i vesentlig grad.

Ved siden av en slik middeltemperaturtorgassingsreaktor kan det også som regel være anordnet en kjent høy-temperaturforgassingsreaktor, f.eks. som angitt i AT-PS nr. 379 618, for å kunne bearbeide eller destruere ander-ledes artede avfall som må bearbeides ved høyere temperatur. Også ved slike innretninger er en røkgasstilbake-føring for forvarmning fordelaktig ved oppstartingen, men ved en høytemperaturforgasser er tilbakeføringen av røk-gassene ikke uten videre mulig fordi denne tilbakeføring kan føre til en senkning av den nødvendige høye temperatur på grunn av Boudouard-likevekten.

Gassene som forlater forgassingsreaktoren befinner seg på den i forgassingsreaktoren innstilte temperatur, og en slik temperatur kan føre til uønsket høye forbrennings-temperaturer i det påfølgende brennkammer. Med fordel går man derfor slik frem at de brennbare gasser som avledes fra forgasseren føres via en varmeveksler for en dampkjel, slik at det kan skje en foravkjøling av magergassene ved samtidig utnyttelse av deres følbare varme. Magergassene som forlater forgasseren kan tilføres til et gasskondisjoneringstrinn av konvensjonell oppbygning for å forbedre deres brennverdi. Også i forbindelse med et slikt etter-koblet gasskondisjoneringstrinn kan tilbakeføring av røk-

•i

gasser være fordelaktig og er spesielt egnet for forvarmning og/eller innstilling av CG^-tilbudet i gasskondisjoneringstrinnet .

En ytterligere reguleringsmulighet ved middeltemperaturforgassing består i at en delmengde av den dannede damp tilbakeføres til forgassingsreaktoren. For å forbedre fortørkingen av brennstoffet som tilføres forgassingsreaktoren, spesielt avfallsbrennstoffer eller avfall, kan det være fordelaktig å innstille fuktigheten i avfallsbrennstoffene eller avfallet. Ved tilstrekkelig fuk-tig brennstoff kan det ved fortørking med den varme røk-gass dannes en tilsvarende dampatmosfæie som letter tør-kingen av slike avfallsbrennstoffer. Dertil kan damptil-bakeføringen til forgasseren skje sammen med røkgassene eller ved siden av røkgassene, slik at stillingen av forgassingssonen i forgassingsreaktcren samtidig kan innstilles .

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til de utf øi elseseksempler som er vist på tegningene . Fig. 1 viser et. skjematisk blokkdiagram av en inn-retning for termisk utnyttelse av avfall eller avfallsbrennstoffer hvor det er anordnet en middeltemperaturtor-gassing ved siden av en høytemperaturforgassing; Fig. 2 er en skjematisk frerrstilling av en innret-ning ifølge fig. 1, som kun oppviser en middeltemperaturforgassing; og

fig. 3 er en modifisert utførelse hvor det uteluk-kende er anordnet en høytrykksforgassing hvis magergasser imidlertid føres til en gasskondisjonerer som er forsynt med røkgasser.

På fig. 1 er tilførselsledningen for materialer som skal utnyttes skjematisk antydet. Via en ledning 1 blir fast brennstoff eller avfallsbrennstoff tilsatt, og via en ledning 2 blir ytterligere brennstoff, spesielt gass eller olje, tilført for støttefyring. Disse ytterligere brennstoffer blir tilført en middeltemperaturtorgassingsreaktor 3, en høytemperaturforgassingsreaktor 4 og brennkammeret 5 for energiproduksjon, spesielt for dampproduksjon i kjelen 6. Avfallsbrennstoffene må først forgasses, og for dette formål munner tilførselsledningen 1 kun ut i middeltemperaturforgassingen eller i høytemperaturforgassingen. Problemavfall, f.eks. spesialavfall, tungmetallholdig avfall eller plastavfall kan via den med brutt linje antydede ledning 7 valgfritt tilføres høytemperaturforgassingen 4 eller middeltemperaturforgassingen 3, alt etter avfallets beskaffenhet.

Forbrenningsluften blir innført via et lednings-system 8 og blir stilt til rådighet for de to forgassingsreaktorer og brennkammeret 5. Forbrenningsluften kan for-varmes i en varmeveksler 9 i røkavledningen etter en even-tuelt anordnet røkgassvasker 10, og derfor er det anordnet et varmeveksleromløp 11.

Høytemperaturforgassingen 4 er utformet på kjent måte, og det flytende slagg kan tømmes gjennom et slagg-utløp 12. Magergassene som forlater høytemperaturforgas-singen føres gjennom en ledning 13 til et gasskondisjoneringstrinn 14, som eksempelvis kan inneholde en koksseng.

Røkgassene fra brennkammeret 5 føres via en sugevifte og blir på denne måte satt under trykk. Den varme røkgass som kommer fra kjelen og er satt under trykk føres via ledningen 16 tilbake til middeltemperaturforgasseren 3, idet tilbakeføringen inne i denne reaktor kan skje i flere plan for å innstille forgassingsforholdene. Mager-gassen som forlater middeltemperaturforgasseren føres via en ledning 17, enten direkte til brennkammeret 5, eller via grenledningen 18 og via gasskondisjoneringstrinnet 14 til brennkammeret 5.

Magergassene fra høytemperaturforgassingen 4 eller middeltemperaturforgassingen 3, som avledes via ledningen 13 eller 17, kan om nødvendig avkjøles i en varmeveksler 19, som er forbundet med kjelens 6 mantel hvor damp dannes. Dampen fra kjelen 6 kan benyttes til energiproduksjon. En del av dampen føres via ledningen 20 tilbake til middeltemperaturforgassingen 3 eller høytemperaturtor-gassingen 4. I høytemperaturforgassingen 4 vil slik damp vanligvis være nødvendig, mens i middeltemperaturforgassingen 3 egner tilbakeføringen av damp seg fremfor alt for å forbedre innstillingen av forgassingsforholdene og for tilpasning av fuktighetsinnholdet i det benyttede avfall. Fra middeltemperaturforgassingstrinnet 3 blir aske tømt

via askeutløpet 21.

Den konvensjonelle røkgassvasker 10 kan være forsynt med vanntilførselsledninger 22 og tilbakeløpsled-ninger 23.

Fyringen av middeltemperaturforgassingsreaktoren

kan på enkel måte foretas ved hjelp av gass og/eller olje, idet forgassingen av faste brennstoffer eller avfall foretas i temperaturområdet mellom 500 og 1200°C, og fortrinnsvis mellom 700 og 1200°C.

Røkgass-tilbakeføringen skjer med overtrykket fra sugeviften og muliggjør tørking av brennstoffet og til-veiebringelse av en ytterligere reguleringsmulighet ved påvirkning av det reduserende miljø og temperaturprofilen i reaktoren .

Tilførselen av faste brennstoffer kan i en slik middeltemperaturforgasser foretas ved hjelp av en beskikningsskrue i tilfellet av løse brennstoffer, og ved hjelp av en innmatningsinnretning for styrtgods i tilfellet av brikettert eller oppdelt brennstoff. Ballepresset brennstoff, spesielt brennstoff av søppel, kan innføres ved hjelp av en innskyvningsinnretning.

Høytemperaturforgassingen kan foretas etter kjente fremgangsmåter, og også gasskondisjoneringen, fyringen og røkgassvaskingen kan skje på kjent måte.

Ved hjelp av tilbakeføringen av røkgassene etter kjelen og fra trykksiden av sugeviften oppnås en fortør-king av brennstoffet, og en regulering av det reduserende miljø og CG^-tilbudet i middeltemperaturforgassingen

oppnås også. Forvarmningen av gasskondisjoneringen er i første rekke av betydning ved igangkjøring av anlegget fordi senere er temperaturen av magergassene som forlater forgassingsreaktoren tilstrekkelig høy.

Magergass kan dannes i forskjellige forgassings- systemer med samme fyring med tilleggsbrennstoffer. Brennkammeret 5 kan således være universelt utlagt, og det er kun nødvendig med en dampkjel 6. Magergassledningene fra de to forgassere kan ved behov kobles til og fra og til-føres fyringen med eller uten gasskondisjonering. Kjel-ytelsen kan holdes uavhengig av tilkoblingen av forgasseren, slik at man sikrer en kontinuerlig energiproduksjon.

Startvanskelighetene for forgassere ved normal dampkjeldrift ved tilkobling av en forgasser kan løses ved at forgasserne før beskikning oppvarmes ved fyring med tilleggsbrennstoffer og deretter tilkobles.

Problemavfall, som f.eks. flytende, pastaformede, faste eller avfall som delvis har høye tungmetallinnhold, så vel som temperaturbestandige organiske substanser, kan etter valg også behandles i høytemperaturforgassingen.

Brennstoff bestående av avfallsballer fra en avfallsbehandling kan på samme måte som stykkedelt eller løst avfallsbrennstoff innføres i middeltemperaturforgassingen. I middeltemperaturforgassingen er det også uten videre mulig å innføre avvannet kloakkslam, og spesielt i disse tilfeller er røkgass-tilbakeføringen for forvarmning spesielt fordelaktig. Middeltemperaturforgassingen kan arbeide kontinuerlig eller diskontinuerlig.

Ved utformningen av anlegget på fig. 2 er det kun anordnet en middeltemperaturforgassing 3, idet henvis-ningstallene fra fig. 1 forøvrig er bibeholdt. Ved utformningen ifølge fig. 2 er ikke den valgfrie tilførsel av vanskelig fjernbare avfall inntegnet, men kan allikevel uten videre medtas. Utformningen ifølge fig. 2 adskiller seg forøvrig fra fig. 1 ved at røkgasstilbakeføringen kun skjer til middeltemperaturforgassinsreaktoren og ikke til gasskondisjoneringen 14. Gasskondisjoneringen 14 benyttes i likhet med varmeveksleren 19 til avkjøling av magergassene som avledes gjennom ledningen 17 før denne magergass føres videre til brennkammeret 5.

En gasskondisjonering 14 er imidlertid ikke nød-vendig i alle tilfeller, slik at denne forholdsregel er valgfri.

Ved fremstillingen på fig. 3 er det kun anordnet en høytemperaturforgassingsreaktor 4. De øvrige henvisnings-tall fra fig 1 er beholdt uforandret. Ved en slik høytem-peraturf orgassing skjer tilbakeføringen av røkgasser etter sugeviften 15 kun valgfritt til gasskondisjoneringstrinnet 14, idet denne tilbakeføringsledning også her er betegnet med 16.

Spesialavfall, f.eks. fra den kjemiske industri eller fra sykehus, kan naturligvis bare delvis bearbeides i middeltemperaturforgasseren og blir for størstedelen å behandle ved anvendelse av høytemperaturtorgassere, spesielt ved temperaturer over 1400°C.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for termisk utnyttelse av avfall og/eller avfallsbrennstoffer ved forgassing og påfø lgende forbrenning av de dannede gasser, karakterisert ved at avfallet og/eller avfallsbrennstoffene tilføres en forgassingsreaktor (3, 4) som oppvarmes direkte med gass og/eller olje, at gassene fra forgassingsreaktoren (3, 4) tilfø res et brennkammer (5) for energiproduksjon, spesielt dampproduksjon, og at en del av røkgassene fra brennkammeret (5) føres tilbake til forgassingsreaktoren (3) under trykk.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i forgassingsreaktoren (3) holdes mellom 500 og 1200 °C, fortrinnsvis mellom 700 og 1200 °C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forgassingsreaktoren (3, 4) til-føres løst brennstoff i fortettet form via en beskikningsskrue.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at forgassingsreaktoren (3, 4) til-føres oppdelt brennstoff som styrtgods.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at forgassingsreaktoren (3, 4) tilføres ballepresset brennstoff via en innskyvningsinnretning.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at tilbakeføringen av røkgass under trykk foretas i i det minste to soner av forgassingsreaktoren (3).

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at røkgassene under trykket fra en sugevifte (15) anvendes til fortørking av brennstoffer for forgasseren (3).

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at røkgassene tilbake-føres til forgasseren (3) via et innstillbart strupeorgan for innstilling av det reduserende miljø og CC^ -tilbudet i forgasseren (3).

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at røkgassene ved oppstarting benyttes til forvarmning av forgasseren (3).

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at de fra forgasseren (3, 4) avledede brennbare gasser tilføres en kjel (6) for dampproduksjon via en varmeveksler (19).

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 - 10, karakterisert ved at røkgassene tilfø res et gasskondisjoneringstrinn (14) for forvarmning og/eller innstilling av CC^ -tilbudet, og at de brennbare gasser fra forgasseren (3, 4) føres over gasskondisjoneringstrinnet (14).

12. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-11, karakterisert ved at en del av den produ-serte damp tilbakeføres til forgassingsreaktoren (3, 4).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at damp-tilbakeføringen til forgasseren (3, 4) foretas sammen med rø kgassen eller ved siden av røk-gassen.