NO884851L - Apparat til forbrenning av uforbrente stoffer. - Google Patents

Abstract

Et apparat son anvendes til forbrenning av uforbrenlWfor-bindelser i en røkgass som avtrekkes ved forbrenning av et brensel, f.eks. men ikke utelukkende trevirke, omfatter blant annet et rer (1) omfattende et rekgassinnløp (2) i den ene ende. Røret (1)' omfatter blant annet minst én katalysator (3) som er anordnet ned-strøms for røkgassinnløpet (2) og et tilførselsrør (4) for forbrenningsmiddel er anordnet på utsiden av røret (1) på en slik måte at forbrenningsmiddelet som innsprøytes fra tilførselsrøret (4), danner en blanding med røkgassen. Blandingen strømmer videre gjennom katalysatoren (3) og mot den andre ende av røret (1), og det er anordnet minst ett ytterligere tilførselsrør (7) for forbrenningsmiddel.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat til forbrenning av uforbrente stoffer i en røkgass som avtrekkes ved forbrenning av et brensel, f.eks. men ikke utelukkende trevirke, idet apparatet blant annet omfatter et rør hvor det i den ene ende er et innløp for røkgasser.

I denne forbindelse er det kjent at røkgasser som avtrekkes ved forbrenning av trevirke inneholder kreosot, dvs. tretjære i gassformig tilstand.

Det er også kjent at kreosot utgjør en vesentlig del av den totale varmeenergi som kan uttrekkes, og særlig ved forbrenning av trevirke.

Det er videre kjent at kreosotinnholdet i røkgassen samt vanndamp og andre gassformige bestanddeler stort sett i sin helhet forlater forbrenningsovnen og strømmer inn i skorsteinen hvor kreosoten avsettes som tjære eller slippes ut som en miljøforu-rensning .

For å overvinne kreosotens skadelige virkninger er det kjent å benytte en katalytisk metode som gjør det mulig til en viss grad å avbrenne kreosoten, og således redusere dets skadelige virkninger idet forbrenningen av røkgassen forsterkes ved kontakten med katalysatoren. Ulempen med denne fremgangsmåten er at det kun innen et for katalysatoren karakteristisk temperaturområde kan oppnås et tilfredsstillende utbytte, dvs. ved en forholdsvis lav temperatur svarende til en jevn forbrenningsflamme, og særlig ved brenning av trevirke. Imidlertid, selv ved temperaturbetingelser hvor utbyttet er tilfredsstillende, oppnås det ikke noen fullstendig kreosot-forbrenning ved hjelp av katalysatoren, og dette innebærer følgelig at en ikke kan utnytte den potensielle varmeenergi i den avtrukne røkgass.

Det er særlig et formål med den foreliggende oppfinnelse å overvinne de nevnte ulemper med den katalytiske metode samt frem-bringe en fullt ut tilfredsstillende løsning på de problemer som følger av den ufullstendige kreosotforbrenning, nærmere bestemt ved at forbrenningen av røkgassen fremmes ved tilsats av et forbrenningsmiddel i den avbrente gass.

For å realisere formålet ved den foreliggende oppfinnelse, har en på en overraskende måte kunnet kombinere trekkene ved kata-lyse og etterbrenning slik det skal beskrives i det etterfølgende. Følgelig kjennetegnes et apparat ifølge den foreliggende oppfinnelse ved at avgassrøret omfatter blant annet minst én katalysator som er anordnet nedstrøms for røkgassinnløpet og på utsiden av røret er det anordnet et tilførselsrør for forbrenningsmiddel på en slik måte at forbrenningsmiddelet som innsprøytes fra røret danner en blanding med røkgassen, idet blandingen strømmer rensende gjennom katalysatoren mot den andre enden av røret, og ved at det er anordnet minst én ytterligere tilførselsledning for forbrenningsmiddel.

Ifølge en foretrukket utførelse av apparatet ifølge oppfinnelsen omfatter forbrenningsmidlet luft, og særlig oksygen.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, omfatter røret nedstrøms for katalysatoren minst én deflektor som fungerer som en termisk skjerm og som er anordnet nær tilførselen av ekstraluft på en slik måte at den danner en passasje for blandingen av forbrenningsmiddel og røkgass som kommer ut fra katalysatoren, mellom deflektoren og røret som tilfører ytterligere luft.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen består deflektoren av en plate hvis flaten opptar tilnærmet halvparten av rørets tverrsnitt, og platen er anordnet på motsatt side i forhold til røret for ekstra lufttilførsel.

Ifølge en ytterligere utførelse av oppfinnelsen er det ned-strøms for deflektoren anordnet kjøleorganer for å avkjøle røk-gassrøret, idet kjøleorganene gjør det mulig å kondensere røk-gassen. Det er også anordnet midler for oppsamling av røkgass som er kondensert ved hjelp av kjøleorganene idet oppsamlingsmidlene omfatter gjenvinningsanordninger som styres av disse.

Andre detaljer og fordeler med oppfinnelsen fremgår av den etterfølgende beskrivelse av et apparat til forbrenning av uforbrente forbindelser i en røkgass som dannes ved forbrenning av et brensel.

Denne beskrivelse er kun gitt som et eksempel og skal ikke begrense oppfinnelsens omfang. Henvisningstallene viser til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et perspektivriss med et utsnitt som viser apparatet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser en grafisk fremstilling av utbyttekurver som funksjon av temperaturen i katalysatoren og ved etterbrenningen.

Apparatet som er illustrert på fig. 1, og kun angitt som et eksempel, omfatter et rør 1 som i det foreliggende tilfelle har et rektangulært tverrsnitt og hvor det er anordnet et innløp 2 for å muliggjøre innføring av røkgass som stammer fra forbrenning av et brensel, særlig trevirke i en ovn som ikke er vist på fig. 1. Inn-løpet 2 gjør det også mulig å innføre et forbrenningsmiddel som i det foreliggende tilfelle er sekundærluft, idet primærluften allerede er anvendt til forbrenningen av trevirket i den ikke viste ovn. Sekundærluften tilføres ved hjelp av et tilførselsrør 4 som er innstilt mot innløpet 2 slik at luft kan injiseres inn i innløpet 2.

I en patentsøkt utførelse frembringes lufttilførselen ved hjelp av flere dyser 5 som er tilkoplet til hovedrøret 4 for luft-tilførsel. Dysene kan fortrinnsvis anordnes med lik innbyrdes avstand langs røret 4 for å oppnå en så homogen forblanding av røk-gassen med luften som mulig under innføringen i innløpet 2.

Nedstrøms for innløpet 2 er det anordnet en katalysator 3. Hva angår uttrykket nedstrøms skal dette selvsagt tolkes i forhold til strømningsretningen av blandingen av røkgass og luft. Ifølge en særlig foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter katalysatoren 3 en rist, og særlig et gitterverk hvor kun den øverste del er vist på figuren hvor tykkelsen er antydet med "h" slik det fremgår av fig. 1.

Substratet som danner gitteret er fortrinnsvis fremstilt av et ekstrudert keramisk materiale. Dette substrat er dekket med et mellomliggende overtrekk av et inert materiale og et katalytisk materiale såsom f.eks. palladium eller platina.

Nedstrøms for katalysatoren 3 er det vist bl.a. en deflektor 6 som er fremstilt av et ildfast materiale. Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen kan det på utsiden av røret 1, og tilnærmet i samme høyde som deflektoren, være anordnet et tilførsel-srør for tilførsel av ekstra sekundærluft 7. Dette tilførselsrør er fortrinnsvis utstyrt med dyser 8, tilsvarende som på røret 4. Pilene angir retningen for den tilførte luft. Deflektoren 6 er anordnet på motsatt side av tilførelsrøret 7.

Ifølge fig. 1 er røkgassinnløpet 2 anordnet på den ene side av røret 1, noe som gjør det mulig å hindre at gitteret som katalysatoren 3 er fremstilt av, nedsotes idet soten skyldes rest-stoffer fra forbrenningen av trevirke.

Fig. 2 viser tydelig hvordan katalysatoren og etterbrenneren utfyller hverandre idet hver prosess frembringer et optimalt utbytte i komplementære temperaturområder. Temperaturområdene som tilsvarer sonene vist ved kolonnene A, B og C på fig. 2 representerer henholdsvis en liten, en moderat og en kraftig forbrenning. Den stigende kurve viser forholdet mellom utbytte og temperaturen i katalysatoren, og viser at utbyttet ved benyttelse av katalysatoren avtar med økende temperatur. Det maksimale utbytte oppnås for en flamme (forbrenning) med svak intensitet. Videre representerer den synkende utbyttekurve situasjonen for etterbrenningen, og indikerer at utbyttet øker med økende temperatur idet et fullt utbytte oppnås med en kraftig flamme.

Det kan observeres at utbyttekurvene er symmetriske i forhold til skjæringspunktet som representerer en veldefinert temperatur. Av det foregående fører dette til at en ved å starte fra denne veldefinerte temperatur, blir utbyttet ved katalysen lik det som oppnås ved etterbrenningen, noe som gjør det mulig å oppnå høyere temperaturer som er nødvendig for å oppnå den høyest mulige uskadeliggjøring av de uforbrentes forbindelser som fortsatt er tilstede i røkgassen.

Den avtrukne røkgass fra forbrenningen av trevirke i en ovn føres inn gjennom sideinnløpet 2 etter at den er forblandet med sekundærluft fra røret 4. Den således fremstilte forblanding strømmer inn i røret 1, gjennomstrømmer katalysatoren 3 hvor den undergår katalytisk virkning. Katalysen starter ved 260°C idet temperaturen i ovnen fortrinnsvis er lav og følgelig vil flammen være svak for å oppnå et maksimalt utbytte av katalysatoren.

Under slike betingelser kommer den gassformige blanding som gjennomtrenger katalysatoren 3, ut ved en temperatur som varierer mellom 960°C (svak flamme og maksimalt utbytte) og eventuelt 600°C (kraftig flamme og minimalt utbytte). I en utløpssone, nedstrøms for katalysatoren, kommer den gassformige blanding i kontakt med varm sekundærluft som sprøytes inn gjennom røret 4 og inn i strømmen av gassformig blanding, som delvis er frigjort for kreosot og som i en viss utstrekning er i stand til å brennes på nytt som følge av temperaturen i gass-strømmen fra innløpet 2. Den nød-vendige minimale forbrenningstemperatur starter ved 600°C og denne temperatur nås således, ifølge oppfinnelsen, nedstrøms for katalysatoren 3 i forbindelse med tilførselen av sekundærluft som inn-sprøytes nedstrøms for katalysatoren 3 på høyde med deflektoren 6. Deretter følger en etterbrenning nedstrøms for innløpet av ekstra sekundærluft 7, noe som gjør det mulig å fjerne nesten fullstendig de siste rester av kreosot eller brennbart materiale som fortsatt måtte være tilstede i den gassformige strøm som omfatter behandlet røkgass, noe som skyldes en betydningsfull økning i temperaturen. Denne temperatur kan nå et område fra 1200-1400°C. Når forbrenningen er kraftig gir etterbrenningen fullt utbytte slik det vises på fig. 2. Resultatet av dette er at ved utløpet av røret 1 er all tjære forbrent og derved får en utnyttet all varmeenergi (kalo-rier) som kan trekkes ut av den behandlede røkgass, noe som også var hovedformålet med oppfinnelsen. Derved oppnås det til og med en fullstendig varmegjenvinning av røkgassen.

Det skal bemerkes at dersom forbrenningen er svak og skjer uten flamme, er det en fare for at katalysatoren 3 ikke vil virke. Dette kan unngås ved å opprette en tilførsel av sekundærluft fra røret 4 gjennom en sone nedstrøms for katalysatoren, og nærmere bestemt nedstrøms for skjermen 6 ved hjelp av f.eks. et bimetall som ikke er vist på figuren, og som kan styre sekundærlufttilfør-selen når temperaturen i røkgassen understiger 250°C. Derved kan katalysatoren 3 reaktiveres ved tilførsel av overhetet sekundærluft. Når deretter temperaturen i ovnen og røkgassene igjen stiger til over 260°C kan strømmen av overhetet luft avstenges og erstattes av en frisklufttilførsel siden (slik det er beskrevet ovenfor) katalysen bør skje ved en temperatur som er tilstrekkelig lav skal en kunne oppnå et tilfredsstillende utbytte.

Etterbrenningen vil forøvrig skje uavhengig av temperaturen i den inngående røkgass ved innløpet 2, siden røkgassen som strøm-mer til etterbrenningen når minst opp i 600°C som er det normale startpunkt for etterbrenningen. Siden det følgelig skjer en kata-lyse, vil temperaturen i den gassformige strøm av røkgassen ved utløpet av apparatet ifølge oppfinnelsen og ved kombinasjon av trekkene ved katalysen og etterbrenningen, alltid være 1200-1400°C uavhengig av forbrenningstilstanden i ovnen så lenge det er en flamme (forbrenning) og en røkgassutvikling.

Av dette følger det at en ved oppfinnelsen oppnår gir svært betydningsfulle fremskritt ved forbrenningsapparatet. Således oppnår en et optimalt utbytte ved at det alltid skjer en maksimal gjenvinning av varmeenergien i røkgassen, noe som igjen fører til at man kan senke forbruket av trevirke.

Eksempel

Som brensel anvendes det tørrved. Røret har et rektangulært tverrsnitt i overensstemmelse med det beskrevne eksempel idet en av sidelengdene er 8 cm. Katalysatoren har en tykkelse på 5 cm. Skjermen med rektangulært tverrsnitt har dimensjonene 8x4 cm. Avstanden mellom katalysatorens nedstrømsende og skjermen er 10 cm. Gjennomstrømningen av røkgass er i størrelsesorden 1-3 m<3>pr. time slik at det produseres maksimalt 3500-4500 kcal/time når det anvendes tørrved. Forholdet mellom røkgass og luft i den gjennom-strømmende gass er 3:1, idet luftdelen omfatter den totale luft-mengde som tilføres gjennom begge tilførselsrør.

Som antydet ovenfor er beskrivelsen kun ment å representere et eksempel og skal på ingen måte begrense oppfinnelsen. Følgelig kan det foretas en rekke modifiseringer uten å forlate ideen ved den foreliggende oppfinnelse.

Således kan rørets være sirkelformig, noe som i enkelte til-feller kan være praktisk. Sekundærluften kan også erstattes av rent oksygen for å forsterke forbrenningen.

Innløpet av røkgass kan også skje på forsiden istedenfor fra siden, noe som kan være nødvendig for enkelte anvendelser hvor det anvendes andre brensel enn ved, f.eks. i komfyrer. Dette er f.eks. tilfelle når anordningen anvendes i forbindelse med røk(eksos)rør.

Claims (7)

1. Apparat til forbrenning av uforbrente forbindelser som inne-holdes i en røkgass som avtrekkes ved forbrenning av et brensel, f.eks. men ikke utelukkende trevirke, idet apparatet blant annet omfatter et rør som i den ene ende har et innløp for røkgass, karakterisert ved at røret (1) omfatter bl.a. minst én katalysator (3) som er anordnet nedstrøms for røkgassinn-løpet (2), et tilførselsrør (4) for et forbrenningsmiddel anordnet på utsiden av røret (1) på en slik måte at forbrenningsmidlet som kan innføres ved hjelp av tilførselsrøret (4), danner en blanding med røkgassen, at blandingen passerer rensende gjennom katalysatoren (3) mot den andre ende av røret (1), og at det er anordnet minst ett ytterligere tilførselsrør (7) for forbrenningsmiddel.

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at røret (1), nedstrøms for katalysatoren (3), omfatter minst én deflektor (6) som fungerer som en termisk skjerm og er anordnet nær tilførselen for ekstra luft (7) på en slik måte at det dannes en passasje (9) for blandingen av forbrenningsmiddel og røkgass som kommer ut fra katalysatoren (3), mellom deflektoren (6) og tilførselsrøret for ekstra luft (7).

3. Apparat i samsvar med krav 2, karakterisert ved at deflektoren (6) er fremstilt av en plate hvis flate opptar neste halve tverrsnittet av røret (1), og platen er anordnet på motsatt side av røret i forhold til tilførselsrøret (7) for ekstraluft.

4. Apparat i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at katalysatoren (3) er utformet som et gitterverk hvor substratet er sammensatt av et ekstrudert keramisk materiale, og anordnet med et mellomliggende belegg av et inert materiale og med et overflatebelegg av et katalytisk materiale.

5. Apparat i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at tilførselsrørene (4,7) for forbrenningsmiddel er utstyrt med dyser (5,8) som fortrinnsvis er anordnet med tilnærmet lik innbyrdes avstand, idet dysene (5,8) er rettet mot røret (1) for å muliggjøre en tilnærmet jevn fordeling av forbrenningsmiddeltilførselen.

6. Apparat i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at forbrenningsmidlet utgjøres av luft, og nærmere bestemt av oksygen.

7. Apparat i samsvar med et av kravene 2-6, karakterisert ved at nedstrøms for skjermen (6) er det anordnet kjølemidler for å avkjøle røkgassrøret (1), og kjøle-midlene gjør det mulig å kondensere røkgassen, og det er anordnet midler for å gjennomføre en oppfanging av røkgassen kondensert av kjølemidlene, idet oppfangingsmidlene omfatter ekstraksjonsmidler som styres av røkgassen.