SE467741C - Förbränning av avfallsvätskor - Google Patents

Description

ON <1 LI Den indunstade avluten, som fortfarande innehåller en del vatten, tillföres sodapannan på någon höjd över pannans botten, vanligen med hjälp av ett eller flera insprutningsmunstycken. Den sålunda finfördelade avluten genomgår i sodapannan tre stadier eller steg som kan benämnas torkningsstadiet, pyrolystadiet och kolförbränningstadiet. Det sistnämnda inträffar huvudsakligen i den s k smältabädden (char bed), som bildas av pyrolysresterna på sodapannans botten.

Denna starkt kolhaltiga bädd är en förutsättning för att större delen av askans innehåll av svavel skall avgå med smältan i reducerad form, d V s som sulfid (Na2S). För att reduktionsreaktionen skall äga rum samt för att askan skall kunna avgå i smält form fordras att smältabäddens temperatur hålls över en viss nivå. Detta är möjligt tack vare att kolför- bränningen är en exoterm reaktion, d v s energi i form av värme utvecklas vid reaktionen. Denna under- hålls genom tillförsel av förbränningsluft genom sodapannans väggar på en låg nivå. Förbränningsluft som tillförs på den lägsta nivån i en sodapanna brukar kallas för primärluft.

Såväl torkning som pyrolys är endoterma processer, d v s energi måste tillföras utifrån. Om en alltför stor del av dessa processer skulle äga rum på smälta- bädden skulle bäddtemperaturen sjunka under den erforderliga nivån och alla reaktioner avstanna (s k svartbädd). Av detta skäl måste man tillse att större delen av torknings- och pyrolysstadierna är passerade när det fasta materialet når smältabädden på sodapannans botten.

Två principiellt olika metoder att åstadkomma den nödvändiga torkningen och pyrolysen praktiseras i dag industriellt. Den ena är att låta de insprutade lutdropparna efter viss initial torkning träffa någon 3 , 467 741 av sodapannans väggar. Luten kommer då, tack vare konvektiv värmetillförsel från pannväggarna, strål- ning från smältabädden samt strålningen från den över bädden brinnande prolysgasen komma att först torka färdigt och sedan börja pyrolyseras. I samband med pyrolysen sker en svällning av materialet som därvid lösgörs och faller ned på smältabädden.

Den andra metoden är att genom finfördelning av den insprutade luten och/eller kraftig gasturbulens i eldstaden tillse att en tillräckligt stor del av torknings- och pyrolysreaktionerna sker när luten ännu är suspenderad i ugnsgaserna och innan lut- partiklarna når smältabädden.

Ingen av de ovan angivna metoderna torde kunna renodlas i en sodapanna där luten tillförs genom insprutningsmunstycken riktade in i eldstaden. Även om man försöker rikta lutspridarna så att luten kan träffa väggarna kommer en del droppar aldrig fram utan kommer att torka och pyrolyseras i suspenderad form. Å andra sidan torde det vara oundvikligt att även finfördelade lutdroppar, som tillförs i avsikt att åstadkomma nämnda reaktioner i suspension, till en viss del kommer fram till ugnsväggarna och fastnar där. Man kan dock på olika sätt utforma och köra en sodapanna så att den ena eller andra metoden över- väger.

Följande uppfinning hänför sig till den förstnämnda metoden, d v s tillförseln sker så att en större andel av luten fastnar på ugnsväggarna innan tork- nings- och pyrolysreaktionerna är fullbordade, i princip enligt det s k Tomlinsonförfarandet (SE-B-84138). Vid detta förfarande sprutas luten in med en oscillerande spridare på sådant sätt att ugnsväggarna blir "bemålade" upp till en nivå några 467 74@ 4 meter ovanför primärluftnivån. Mellan denna och lutinsprutningsnivån tillföres s k sekundärluft vars huvudsakliga uppgift är att ombesörja förbränning av pyrolysgaserna ovanför smältabädden. Värme som ut- vecklas vid denna gasförbränning överförs delvis genom strålning till luten som tillförts ugnsrummet.

Vanligtvis tillförs ytterligare en andel av för- bränningsluften till ugnsrummet på en nivå över lutspridningsnivån, s k tertiärluft: Med hjälp av denna åstadkommes slutförbränning av ugnsgaserna så att halten oförbränt i form av kolmonoxid (CO), svavelväte (H25), etc i avgående rökgas hålls på en betryggande låg nivå.

Problem Efter hand som sodapannor av kapacitetsskäl vuxit i storlek har det blivit svårare att vidmakthålla ett någorlunda renodlat Tomlinsonförfarande. Avståndet mellan lutinsprutningspunkterna och de ugnsväggar som skall bemålas har blivit så långt att en stor del av luten aldrig kan nå dit. Man har därför när det gäller större sodapannor varit hänvisad till att låta en avsevärd del av den insprutade luten torka och pyrolyseras suspenderad i ugnsgaserna.

Om en större del av torkningen och pyrolysen sker i suspension ökar risken för att även kolförbränning kan ske i suspension och därigenom kan mängden oorganiskt material som följer med rökgaserna ut från ugnsrummet öka. Detta kan i sin tur medföra ökade beläggningar på värmeytorna i sodapannans övre del med försämrad verkningsgrad och tillgänglighet som följd. t: 5 467 741- En annan olägenhet med kolförbränning i suspension är att restsmältan från en förbränd lutpartikel, även om den inte följer med rökgasen utan faller till ugnens botten, lättare kan oxideras och således inte kommer att innehålla ingående svavel i reducerad form.

Lösning och fördelar: Ändamålet med föreliggande uppfinning är att framtaga ett förfarande varmed ovannämnda“nackdelar minskas eller undanröjes.

Ovannämnda ändamål uppnås genom ett förfarande vid förbränning av avfallsvätskor i samband med återvinning av kemikalier ur avfallsvätskan, före- trädesvis avlut från massatillverkning, varvid vätskan insprutas på ett givet ställe i en ugn i vilken vätskan först torkas, och återstoden sedan pyrolyseras och slutligen förbrännes och kemikalierna samlas på ugnsbottnen medan förbränningsgaserna stiger upp genom och ut ur ugnen och varvid en del av förbränningsluften, s.k primärluft, tillföres på en eller flera nivåer under nämnda ställe för vätske- insprutning samt en annan del av förbränningsluften, sekundärluft, tillföres på en eller flera nivåer mellan nämnda ställen för vätskeinsprutning respek- tive primärluftstillförsel, kännetecknat av att sekundärluften tillföres ugnen på sådant vis att gasen bringas i rotation i ett plan väsentligen vinkelrätt mot ugnens vertikala längdaxel, så att den i ugnsrummet insprutade vätskan av gasrotationen kastas ut mot ugnens väggar under samtidig torkning och pyrolys.

Med hjälp av uppfinningen kan andelen lut som fastnar på ugnsväggarna ökas även i mycket stora sodapannor -4 och de ovan angivna olägenheterna avseende belägg- ningar på värmeytor minskas eller t o m helt und- vikas. Vidare vinner man fördelen att en mycket hög andel av svavlet återvinns i reducerad form. Detta får till resultat att anläggningarnas effektivitet ökar samtidigt som miljöpåverkan i form av svavel- emissioner minskar.

Den åstadkomna rotationen har också den fördelen att den s k “skorstenseffekten" som är speciellt märkbar i stora sodapannor motverkas. “Skorstenseffekten" beror på att gaserna i ugnens centrum p g a längre avstånd från de normalt vattenkylda ugnsväggarna har en högre temperatur än de perifiera gaserna och därmed lägre täthet. Gasen tenderar därför att röra sig uppåt med högre hastighet i centrum än vid väggarna. I vissa fall kan det gå så långt att ström- ningen är nedåtriktad vid ugnens väggar. Effekten kan förstärkas om förbränningsluft tillföres på konven- tionellt sätt d v s likformigt på samma höjd genom ugnens fyra väggar p g a att luftstrålarna möts i centrum och därvid får en uppàtriktad verkan.

Enligt en föredragen form av uppfinningen kom- pletteras ovannämnda förfarande genom att all förbränningsluft som tillföres över lutspridnings- nivån (s k tertiär luft) skall riktas så att den på lägre nivå åstadkomma rotationen brytes eller reduceras varigenom ett i sodapannans längdplan väsentligen symmetriskt strömningsmönster erhålles.

Att genom tillförsel av luft skapa rotation i gasen i en ugn är i sig förut känt men avser i förhållande till uppfinningen artskilda ändamål. Genom exempel- vis SE-B-197065 är förut känt ett förfarande för förbränning av avfallsvätskor varvid sekundärluften 'a 7 467 741 tillföres så att gasen bringas i rotation i horison- talplanet. Detta kända förfarande avser emellertid tillförsel av sekundärluften ovanför den nivå i vilken luten tillföres. Dessutom är syftet med detta kända förfarande annorlunda, nämligen att på detta vis försöka öka möjlig total lufttillförsel för att försöka optimera själva förbränningen samt att med hjälp av centrifugalkraften frånskilja med rökgaserna medföljande fasta partiklar. Även i samband med flisförbränning är det förut känt'att skapa rotation i förbränningsgasen, se exempelvis USA 2,483,728, i vilken beskrivs ett dylikt förfarande där två mot- riktade gasvirvlar användes för att erhålla en mer effektiv torkning av flisen.

Kort figurbeskrivning: I det följande kommer uppfinningen att förklaras mer i detalj med hänvisning till de bifogade figurerna, i vilka: fig. 1 är en schematisk framställning av den nedre delen av en sodapanna i genomskärning i vertikalplanet, och fig. 2 visar ett snitt genom pannan i figur 1 längs ett horisontalplan som markerats med II.

I fig. 1 finns schematiskt åskådliggjort den nedre delen av en sodapanna 1 omfattande väggar 2 och en botten 3. Genom insprutningsmunstycken 4 tillföres en vätskeformig avlut 5A. Inuti sodapannan råder en temperatur av ca 1000OC.

Primärluft 11 tillföres pannan genom en uppsättning munstycken 6, som återfinns på en nedre nivå. Luft- flödet genom dessa kan regleras med spjäll 6A. 467 741 8 Sekundärluft 12 tillföres medelst spjällförsedda 7A munstycken 7 på en nivå mellan dysorna 4 för luttill- förseln och primärluftmunstyckena 6.

Det organiska materialet i avluten kommer att för- brännas och röra sig uppåt ut ur ugnen i form av avgaser 8. Det oorganiska materialet 5 däremot kommer att i smält form återfinnas i en smältabädd 5B på ugnens 1 botten 3. Denna smälta, som innehåller återvinningsvärda kemikalier, kan avtáppas genom ett utlopp 9.

Sekundärluften (12) tillföres ugnen (1) via ett antal munstycken (7) som är symmetriskt anordnade i väggarna av den i tvärsnitt fyrkantiga ugnen (se fig. 2). Den i utföringsexemplet visade sekundärlufttill- förseln kan ske genom fem munstycken från vardera långsida respektive fyra munstycken från vardera kortsida. Genom att variera dessa munstyckens öpp- ningsgrad (med hjälp av spjällen 7A kan luftflödet praktiskt taget regleras ned till noll) enligt visst mönster kan man skapa en rotation av gasen i ett plan som är vinkelrätt i förhållande till ugnens längdaxel (13). I det visade exemplet skapas detta genom att på var sida sluta spjällen 7A för två bredvidliggande, närmst ett hörn placerade munstycken 7, vilka mun- stycken 7 är parvis, väsentligen diametralt placerade i förhållande till den vertikala längdaxeln 13.

Rotationen kan optimeras/finjusteras genom att med spjällen 7A individuellt reglera flödet från varje öppet munstycke 7.

För att växla rotationsriktning på gasströmmen kan man spegelvända mönstret för munstyckenas öppnings- grad. Sådan växling kan vara till fördel för att erhålla ett jämnt eventuellt slitage på ingående delar. 9 467 741 Ovanför lutinsprutningsmunstyckena 4 finns ett antal tertiärluftmunstycken 10 placerade. Enligt en före- dragen utföringsform är dessa munstycken 10 anordnade på sådant vis att tillförseln av tertiärluft effek- tivt motverkar/bryter den rotation som gasen givits av sekundärluftströmmen 12, så att i idealfallet ett i sodapannans längdplan symmetriskt uppåtströmmande gasflöde åstadkommes.

I ett tillämpningsexempel på föreliggande uppfinning för en stor sodapanna 1 tillföres primärluft 11 ca 1 meter över ugnens botten 3 vid lågt tryck genom sodapannans fyra väggar 2 ungefär likformigt.

Sekundärluft 12 tillförs på en nivå ca 2 meter över primärluften 11 vid ett högre tryck och genom portar 7 arrangerade och utnyttjade i princip såsom visas i figurerna. Indunstad avlut 5, från sulfatmassatill- verkning, sprutas in genom några lutspridningsmun- stycken 4 som placerats på en nivå ca 4 meter över sekundärlufttillförseln 12 och med ett inloppstryck av omkring 1 bar. Tertiärluft 14 tillföres slutligen vid ett ännu högre tryck än sekundärluften 12 genom öppningar 10 som likaledes är likformigt fördelade över sodapannans fram- och bakväggar på en höjd ytterligare ca 4 meter upp.

Uppfinningen är inte begränsad av det ovan visade utan kan varieras inom ramarna för de efterföljande patentkraven. Således kan sekundärluften tänkas tillsättas på flera olika nivåer liksom man kan föreställa sig framtida förekomst av ytterligare lufttillförsel över tertiärnivån. Vidare är det uppenbart att andra förändringar såsom exempelvis formen hos sodapannan (exempelvis rund i stället för fyrkantig) ligger inom ramen för vad som omfattas av patentskyddet. Likaså är det uppenbart att man i stället för lika stora och likformigt placerade CR ~.,;| “J 42:. ...x 10 luftportar 7 respektive 10 respektive 6, som visats i figurerna, på varje nivå kan använda portar av varierande storlek och olikformig placering. Uppen- bart är även att antalet luftportar kan varieras inom vida ramar varvid ena extremen innebär att varje vägg i princip enbart är anordnad med en enda luftport på en och samma nivå. -4-1,

Claims (4)

467 741 H P A T E N T K R A V

1. Förfarande vid förbränning av avfallsvätskor i samband med återvinning av kemikalier ur avfalls- vätskan, företrädesvis avlut från massatillverkning, varvid vätskan (5 A) insprutas på ett givet ställe (4) i en ugn (1, 2, 3) i vilken vätskan (5 A) först torkas, och den fasta återstoden sedan pyrolyseras och slutligen förbrännes och kemikalierna samlas på ugnsbottnen medan förbränningsgaserna (8) stiger upp genom och ut ur ugnen (1, 2. 3) och varvid en del av förbränningsluften, sk primärluft (11), tillföres på en eller flera nivåer (6) under nämnda ställe (4) för vätskeinsprutning (5 A) samt en annan del av för- bränningsluften, s k sekundärluft (12), tillföres på en eller flera nivåer (7) mellan nämnda ställen för vätskeinsprutning (4) respektive primärluftstill- försel (6), k ä n n e t e c k n a t a v att sekundärluften (12) tillföres ugnen (1, 2, 3) på sådant vis att gasen bringas i rotation i ett plan väsentligen vinkelrätt mot ugnens längdaxel (13), så att den i ugnsrummet insprutade vätskan (5 A) av gasrotationen kastas ut mot ugnens väggar (2) under samtidig tork- ning och pyrolys, varvid även den s k "skorstens- effekten" i ugnen motverkas.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att ytterligare förbränningsluft s k tertiärluft, tillföres på givet ställe (10) på en nivå över stället (4) för vätskeinsprutningen på ett sådant vis att den under sistnämnda nivå ástadkomna gasrotationen reduceras eller elimineras. '4e7 741 l2

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att sekundärluften periodvis tillsättes på ett sätt som ger en första rotations- riktning, periodvis på ett sätt som ger en i för- hållande till förstnämnda rotationsriktning motsatt rotationsriktníng, så att eventuellt slitage på munstycken och andra detaljer blir mer likformigt.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att åtminstone l0°%, företrädes- vis 90-100 % av all luft som tillföres genom sekundärluftmunstyckena (7) tillföres på sådant vis att den ger ett positivt bidrag till att skapa nämnda rotation av gasen.