SE427691B - Forbrenningsprocess med avgasrening - Google Patents

Description

7908565-0 En viktig fördel med processen enligt uppfinningen är, att föroreningarna avskiljes i "ren" och koncentrerad form utan att vara-kemiskt bundna till något annat än vatten.

Dåliga-bränslen innehåller ofta stora mängder vatten, som vid kända processer av detta slag måste torkas bort innan förbränning sker med motsvarande energiförlust som följd.

Så är ej fallet vid processen enligt uppfinningen, där man tvärtom tillgodogör sig motsvarande energi. Avgaser inne- håller vattenånga, men genom att man kyler i ett eller flera steg genom daggpunkterna för vatten och svavelsyra, tillgodo- gör man sig ångbildningsvärmet, samtidigt som man får en god reningseffekt. Det är ofta lämpligt att cirkulera kondens- vattnet genom särskilda munstycken i ett kylningssteg, lämp- ligen en ekonomizer, för att skölja ut aska och stoftpartík- lar till en utslussningsanordning, eftersom sådana ämnen brukar förekomma i stora mängder i dåliga bränslen.

Under sådana betingelser måste självfallet vissa svårigheter med korrosionsangrepp förmodas uppkomma, särskilt som dessa uppträder i trycksatta delar. Korrosionsangrepp kan emellertid undvikas genom användning av plast- och glas- detaljer för utsatta delar. Vidare kan kavitationsskador uppstå på expansionsanordningen om inte avskiljningen av _vätska och partiklar kan göras tillräckligt effektiv före denna. Om en roterande expansionsmaskin användes, exempelvis en gasturbin, måste svårigheterna med smörjning vid de låga temperaturer det här är fråga om beaktas, liksom risken för skador på grund av ispartiklar på turbínbladen. Dessa problem kan emellertid elimineras genom användning av en expander av skruvrotortyp i stället för en turbin.

Uppfinningen är närmare beskriven i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, som schematiskt visar olika utföringsexempel på tillämpningar av processen enligt I uppfinningen, och på vilka Figur l är ett schema visande tillförsel av förorenade avgaser till kompressorn, Figur 2 är samma schema men där förbränningen är anordnad att ske efter kompressorn, och Figur 3 är ett komplettare schema över den i Figur 2 visade processen. 7908565-'0 Vid den i figur 1 visade processen matas luft och bränsle till en förbränningsprocess, som representeras av en ångpanna l. De förorenade avgaserna från denna matas till en kylare 2 och från denna till en kompressor 3, vid vars inlopp tillståndet I råder för avgaserna. Från kom- pressorn matas avgaserna under tillståndet II till en kylare 4 och från denna under tillståndet III till en expansions- maskín 5, från vars utlopp avgaserna avgår under tillståndet IV till en uppsamlingsbehâllare 6. Från denna leds de torra, kalla och rena eller t.o.m. ínerta avgaserna till en skorsten 7, vid vilken speciella åtgärder såsom uppvärmning och/eller uppblandning med ytterluft kan erfordras för att avgaserna skall förhindras falla ned mot marken. De kalla avgaserna kan även utnyttjas på ett mera produktivt sätt för kylnings- ändamål, exempelvis för matning till kylaren 2 eller till intilliggande byggnader, industrianläggningar och fritids- anläggningar som har behov av kyla.

Expansionsmaskinen 5 är anordnad att driva kompressorn 3, vilket är markerat genom en axel 8 förbindande dessa båda delar. Enligt ett viktigt kännetecken pà uppfinningen till- förs emellertid kompressorn 3 även ytterligare effekt från en motor 9 kopplad till kompressorns drivaxel.

' Temperatur och tryck avpassas efter omständigheterna vid tillstånden I, II och III så, att önskad kondensering och avskiljning av kondensvatten, sot, stoftpartiklar, svavelsyrlighet etc erhålles vid kylaren U och att en så låg temperatur (ned till exempelvis -50°C eller -65°C) erhålles vid tillståndet IV, att önskade delar av resterande för- oreningar samt iskristaller kan uppsamlas vid behållaren 6.

Det är härvid att observera, att temperatur- och trycksänk- ningar sker så snabbt, att i huvudsak en övergång från gas- formíg till fast form erhålles för de flesta, icke önskade I ämnena, över en så kortvarig vätskefas, att möjligheterna till kemiska reaktioner mellan de olika utfällda ämnena i stort sett förhindras.

Det i fig. 2 visade översiktsschemat och det i fig. 3 visade detaljschemat skiljer sig från det i fig. l därigenom, att förbränningsprocessen i form av ångpannan 1 har flyttats 7908565-(1 z till kompressorns 3 trycksída. Här kan med fördel alternativt en förbränningsmotor, företrädesvis en dieselmotor, användas för förbränningsprocessen, matad av kompressorn 3.

Processen enligt exemplet i fig. 3 har följande förlopp: De i figuren angivna värdena utgår från en gasvolym, som pas- serar genom pannan och närmare bestämt den luftmängd, som utgår för att förbränna l kg olja.

Förbränningsluften tas från ytterluften och får passera kylaren 2, där den kyls av de kalla avgaserna för att kompres- s sorarbetet skall minskas. För tillståndet I gäller då: Massa M = 15 kg Tryck Pl l bar Temp. Tl OOC Luften innehåller 57 g vattenånga, mättad luft.

Luften komprimeras därefter i kompressorn 3. På grund av verkningsgradsförluster måste man tillföra mera arbete än vad som teoretiskt behövs. Detta resulterar i en tempe- raturhöjníng utöver vad som är motiverat av den adiabatiska kompressionen. För tillståndet II gäller då: Tryck P2 = 5 bar Temp. T2 = 1a7°c Därefter förbränns oljan i det trycksatta systemet tillsam- mâns med förbränningsluft, och gasen får pajsera genom pannan l på sedvanligt Vis.

Denna består enligt fig. 3 av i tur och ordning en brännkammare ll, en ângbildare 12 med'ångdom 13, en överhet- tare lä ansluten till en ångturbin 15, en ekonomizer 16 och en gasskrubber 17 följd av en gaskylare lä. En kondensor 19 är ansluten mellan ångturbinen 15 och skrubbern 17 med en kylvattenkrets 20, som även är kopplad till gaskylaren 18.

Om man antar att man har tillgång till 10-gradigt kyl- vatten kan man hålla en kondensortemperatur på 25°C. Man kan 1 i så fall undvara en gaskylare efter en ekonomizer. Om kyl- vattnet har högre temperatur, eller om högre reningsgrad åsyftas, bör dock en gaskylare användas. För tillståndet III gäller då: '7908565-0 Tryck P3 5 bar Temp. T3 = HOOC Gasen innehåller 150 g vattenånga.

Mycket vattenånga har bildats vid förbränningen, men nästan allt kondenserar ut i ekonomizern, och där tar den också med sig det mesta av sot och stoftpartiklarna från rök- gasen. Häri ligger en del av processens höga verkningsgrad. rocessvattnet leds ut från pannan i en trycksatt ventil.

Efter pannan passerar gasen ut genom avgasturbinen 5, där den lämnar-ifrån sig en del av sin energi. Den adiabatiska avkylníngen gör att det återstående vatteninnehållet konden- serar till iskristaller och så småningom fäller också förore- ningarna ut. Den sörja som bildas fångas upp i kammaren 6 efter turbinen 5.

Tillståndet IV (efter turbinen) gäller då: Temp. Tu = ss°c Tryck PH = 1 bar Gasen innehåller mindre än l g vattenånga.

Denna sluttemperatur ger kanske inte tillräckligt hög reningsgrad. Då kan man höja trycket i pannan eller som i följande exempel, sänka temperaturen T3 till +l5°C med hjälp av gaskylaren 18.

Tš = +l5°C ger ett vatteninnehàll på H2 g i hela gasvolymen.

Tu blir då -es°c.

Tu är ett resultat av dels den adiabatiska temperaturskill- naden, dels turbínens verkningsgradsförluster (som leder till en temperaturhöjning av gasen), dels ångbildningsvärme + smältvärme för den del av vattnet som har kondenserat ut efter turbinen. Man kan visa att en sluttemperatur på ~55° till -80°C kommer att ge en mycket god reningsgrad, och då är det lämpligt med en temperatur T3 av ca 20°C. I det i fig. 3 visade exemplet och med användning av gaskylaren 18 I med kylvattentemperaturen 5°C, som ger T3 = 20°C, kommer således att gälla för tillståndet IV: Tryck PH = l bar Temp. 'ru = -eo°c 7908565-0 En-sluttemperatur lägre än -GOOC resulterar i att även koldioxiden börjar kondensera. Det kan-skapaïvissa problem, men å andra sidan är ju koldioxid en produkt, som kan utnyttjas kommerciellt. b Genom att förbränningen sker under tryck i pannan reduceras lågans volym och ökar förbränningshastigheten och làgans temperatur och därmed strâlningens intensitet jäm- fört med konventionella pannor. Vid uppfinningen blir där- för pannan mindre än normalt. 'Detta är av betydelse bl.a. vid ombyggnad av en gammal anläggning till en modern, ren och ekonomisk anläggning i enlighet med uppfinningen, efter- som det är enbart pannan som behöver bytas.

Vid en förbränningsprocess enligt uppfinningen kan man utan förlust av verkningsgrad använda olja, kol eller torv med ett vatteninnehåll på över 50%. Maximala vatteninnehållet för olja är 55% och för kol 56% vid ett normalfall med SH bars tryck i àngcykeln, 30°C i kondensorn och 5 bar tryck i pannan.

'Möjligheten att med fördel kunna tillåta ett högt vat- teninnehåll i bränsle i form av kolpulver är självfallet av stor betydelse. Man kan då pumpa in kolpulver uppblandat med vatten i brännkammaren. Ett sådant bränsle kallas fly- tande kol och kan hanteras på liknande sätt som olja. En svensk produkt av detta slag saluföres under varubeteckningen "CARBOGEL" och innehåller kol, som finfördelats genom malning samt vatten och tillsatser, som hindrar kolet från att sedi- menteras, och har ett energiinnehåll av 8,9 MWh/m3 att jämföras med värdet 10,3 MWh/m3 för olja, varvid priset kan beräknas vara betydligt mindre än halva priset för olja.

Med hänsyn till att processen enligt uppfinningen är en kontinuerlig process, som medger behandling av stora gas- mängder utan tillsatser av kemikalier, torde det inses att betydande fördelar har ernåtts i jämförelse med konventionella: processer, som måste innefatta en dyrbar anläggning för rening av avgaserna, vilket senare sker diskontinuerligt vid kända anläggningar. I

Claims (3)

7908565-'0 P A T E N T K R A V

1. Förbränningsprocess med en avgasrening, som bygger på kondensation och/eller utfällning av vatten och andra icke önskade ämnen, såsom svavelföreníngar, tungmetaller osv och avskiljning av dessa tillsammans med stoftpartiklar genom trycksättning av förbränningsluften alternativt avgaserna samtiyångskylning och efterföljande expansion av avgaserna i vardera ett eller flera steg, k ä n n e t e c k n a d av att man efter a) en medelst en kompressor utförd trycksåttning av förbränningsluften respektive avgaserna, b) tvångskylning och c) en under det förhöjda trycket åstadkommen avskiljníng av vatten, stoftpartiklar och andra, icke önskade ämnen, som utfällts, låter avgaserna med resterande icke önskade ämnen utsättas för en hastig trycksänkning medelst en expansionsanordning, var- jämte man avpassar den till kompressorn matade driveffekten och därmed tryckhöjningen å ena sidan och tvångskylningen à andra sidan så, att en temperatur på expansionsanordningens utloppssida erhålles, som är tillräckligt låg för kondensering och utfällning av de resterande icke önskade föroreningarna i avgaserna.

2. Förbränningsprocess enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att som expansionsanordning användes en roterande expansions- maskin, exempelvis en av skruvrotortyp, som utnyttjas för att tillsammans med en ytterligare drivkälla driva kompressorn.

3. Förbränningsprocess enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att förbränningsprocessen sker efter kompressionen men före tvângskylningen. 7908565-0 H. Törbränningsprocess enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a d av att en tvångskylning av förbränningsluften respektive avgaserna sker även före kompressíonen.