SE513303C2 - Reaktor för efterförbränning av förbränningsgaser - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 303 I syfte att uppnå en sådan fullständigt förbränning har reaktorer av inledningsvis definierat slag tillhandahållits. Genom att de av förbränningen av bränslet resulterande förbränningsgaserna via en nämnda inrättning hålls en lång tid i en efterbrännkammare kan däri förekommande ofullständigt förbrända delar förbrännas ytterligare och företrädesvis halterna av miljöfarliga kväve- och svaveloxider däri reduceras. För att förbränningen skall bli full- ständig är det dock inte i sig tillräckligt att göra uppehållstiden av nämnda förbränningsgaser i efterbrännkammaren lång, utan det är även av yttersta vikt att temperaturen hos förbränningsga- serna hålls på tillräckligt hög nivå tillräckligt länge i efterbränn- kammaren för att förbränningen skall bli fullständig. Detta klarar hittills kända reaktorer inte av. Vid tidigare kända anläggningar för förbränning av miljöfarligt avfall har man försökt lösa detta problem med stora tillsatser av extrabränsle för att uppnå de höga temperaturerna som krävs för att förinta miljöfarliga ämnen, såsom PCB och dioxiner. Detta har medfört att lönsamheten för en sådan anläggning blir väldigt dålig. Dessutom minskar uppe- hållstiden i en panna hos en sådan anläggning i takt med att för- bränningshastigheten ökar, vilket den gör när tillskottbränsle till- förs, så att uppehållstiden i en eventuell efterbrännkammare blir kortare. Följaktligen blir förbränningsverkningsgraden mycket då- lig. Att göra pà detta sätt resulterar huvudsakligen endast i en utspädning av molekylärt stabila kolväteföreningar, såsom dioxin, i rökgaserna.

För att förlänga uppehållstiden i efterbrännkammaren föreslår SE 460 220 användande av en konisk skärmvägg, så att förbrän- ningsgaserna inte leds direkt till efterbrännkammarens utlopp utan tar en del omvägar innan de når utloppet och därigenom halten av kväve- och svaveloxider i de gaser som lämnar efter- brännkammaren genom utloppet reduceras. Denna anläggning förmår dock inte uppnå en sådan lång uppehållstid och sådana temperaturer i efterbrännkammaren att en fullständig förbränning av bränslet kan äga rum. 10 15 20 25 30 35 513 30.3 Vidare är det genom exempelvis EP O 478 789 känt att tillföra förbränningsgaserna i virvlar till efterbrännkammaren, så att de skall virvla runt i denna och uppehålla sig där längre än annars.

Dock klarar inte heller reaktorer av denna tidigare kända typ av att uppnå väsentligen fullständig förbränning av bränslet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en reak- tor av inledningsvis definierat slag, vilken gör det möjligt att upp- nå en mera långtgående förbränning av bränslet hos en för- bränningsanläggning som den ingår i än tidigare kända sådana reaktorer. i Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhandahålla en reaktor enligt bifogade krav 1.

Genom att på detta sätt förbränningsgaserna kommer att vara i efterbrännkammaren en lång tid kan de bränslerester som fortfa- rande finns i dessa förbrännas i det närmaste fullständigt i efter- brännkammaren.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen definierad i krav 2 kan på ett effektivt sätt de eftersträvade virvlarna uppnås hos de av förbränningen av bränslet resulterande förbrännings- gaserna som träder in igefterbrännkammaren genom inloppet och därigenom fördelarna m_e_d sådana virvlar utnyttjas.

Enligt en annan föredragen utföringsform är nämnda organ an- ordnade att tillföra förggcifierförbränningen av förbränningsgaserna erforderlig luft till en ledning för ledande av förbränningsgaserna i form av virvlar för attgförsätta förbränningsgaserna och luften i virvelrörelse. Det äpfördglaktigt att tillföra för förbränningen er- forderlig luft på detta sätt för att uppnå de eftersträvade virvlarna hos förbränningsgaserna i efterbrännkammaren, varvid denna luft då i efterbrännkammaríern i nämnda virvlar på ett fördelaktigt sätt 10 15 20 25 30 35 513 303 4 kan understödja den slutliga förbränningen och därmed spjälk- ningen av de oförbrända delarna hos förbränningsgaserna.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar inrättningen i efterbrännkammaren anordnade organ an- ordnade att styra däri inkommande förbränningsgaser för ökande av uppehàllstiden därav i kammaren, vilka företrädesvis innefat- tar ett med inloppet väsentligen inriktat konartat element med basen mot inloppet och anordnat på väsentligt avstånd från in- loppet för att avlänka därpå träffande centripetalvirvlar av för- bränningsgaser i riktning tillbaka mot inloppet. Härigenom kan förbränningsgasernas uppehällstld i efterbrännkammaren för- längas betydligt. Därvid är det även fördelaktigt att förse efter- brännkammaren med två på avstånd med avseende på inrikt- ningen av inloppet efter varandra anordnade nämnda konartade element. Genom en sådan seriekoppling av konartade element kan uppehàllstiden hos förbränningsgaserna i efterbrännkamma- ren förlängas och därigenom den däri rådande temperaturen hö- jas, så att förbränningen av bränslet kan bli mera fullständigt.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen uppvi- sar efterbrännkammaren väggar anordnade att möjliggöra för för- bränningsgaserna att strömma förbi det närmast inloppet belägna konartade elementet, men ej förbi det andra konartade elementet och i stället avlänkas till att röra sig nedåt relativt detta konarta- de element. Därigenom uppnås förlängd uppehållstid och förhöjd temperatur i efterbrännkammaren.

Enligt en annan fördragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar reaktorn ett med avseende på inloppet nedströms om nämnda konartade element beläget tak hos ett inre utrymme hos efterbrännkammaren, och detta tak uppvisar en öppning för ut- strömmande av förbränningsgaser ur utrymmet och nedåt böjda, öppningen avgränsande takpartier anordnade att styra förbi nämnda konartade element passerande förbränningsgaser nedåt mot det konartade elementet igen. Dessa nedåt böjda partier 10 15 20 25 30 35 513 303 förlänger ytterligare förbränninsgasernas uppehållstid i efter- brännkammaren och understödjer upprätthållandet av centripe- talvirvlarna.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av sistnämnda utföringsform är nämnda skiljeväggar gjorda av plåtar med lågt specifikt värme, och därvid är företrädesvis plåtarna utformade att av de heta förbrännings- gaserna uppvärmas till mycket höga temperaturer, med fördel över 600°C, fördelaktigt över 700°C och företrädesvis så att de glödgas. Genom att plåtarna kräver så liten mängd värme för att uppnå mycket höga temperaturer kommer de även att ha ringa kylande inverkan på de heta förbränningsgaserna, som därige- nom kan ha en för slutförbränning av bränslet erforderlig hög temperatur under en lång tid inuti efterbrännkammaren.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framgår av den efterföljande beskrivningen samtrövriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: Fig 1 är en schematisk vy av en anläggning för förbränning av miljöfarligt avfall, i vilken en reaktor enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen ingår, Fig 2 är en snittvy av en reaktor enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 3 är en förenklad vy ovanifrån av en i botten hos reaktorn i Fig 2 anordnad ring för alstrande av centripetalvirvlar hos däri med tryck införda gaser, 5 10 15 20 25 30 35 Fig 4 Fig s Fig 6 513 303 är en delvis skuren vy illustrerande en krematorieugn, hos vilken en reaktor enligt en andra föredragen utfö- ringsform av uppfinningen ingår, är en detaljvy av bottensektionen av en reaktor enligt den andra föredragna utföringsformen av uppfinningen med därunder anordnad tillsats för användning av fram- för allt förbränningsgaser härrörande från en förbränning av fasta bränslen, och är en detaljvy ovanifrån av tillsatsen enligt Fig 5. 10 15 20 25 30 35 513 303 37 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN l Fig 1 illustreras hur en reaktor 1, i form av en ångpanna, enligt uppfinningen kan vara inbyggd i en anläggning för destruktion av miljöfarligt avfall, speciellt PCB och dioxinhaltiga oljor. Det mil- jöfarliga avfallet antändes i en oljebrännare 2, varvid det innan det når oljebrännaren förgasas i ett förgasningsorgan, som är antytt vid 3. De vid förbränningen av avfallet i brännaren resulte- rande förbränningsgaserna tillförs via ett inlopp 4 efterbränn- kammaren 1 på ett för uppfinningen specifikt sätt, vilket kommer att förklaras längre fram under hänvisning till Fig 2. l efterbränn- kammaren finns en inrättning anordnad att söka kvarhålla för- bränningsgaserna så lång tid som möjligt i efterbrännkammaren, så att temperaturen i efterbrännkammaren blir hög och eventuellt icke-förbrända kolväten hos avfallsbränslet förbränns där. De re- sulterande gaserna lämnar efterbrännkammaren via ett utlopp 5 och passerar sedan igenom pannans tubrörsystem (icke visat) där de kyls av till en temperatur av exempelvis ca 400°C, medan temperaturen i efterbrännkammaren kan ha varit så hög som 800°C. Sedan förs gaserna vidare till två konvektorer 6, 7, som har samma funktion som tubrören i pannan, d v s kyler ner ga- serna, så att kondensvatten kan avtappas vid 8. Efter konvekto- rerna strömmar gasen in i en avskiljare 9 för svavel, tungmetaller och andra mineraler-som inte går att förbränna. När gasen strömmar in i avskiljaren har den en temperatur av ca 120°C.

Därefter förs efter kylning i en kylare 10 för avgaser återstående luft i en returledning 11 tillbaka till ett luftintag 12 hos ångpan- nan, för att där via ett blandningsorgan 13 blandas in i den luft som förs in i pannan. Denna återledningsgas har en temperatur av ca 45°C och ett innel'@l av klor, vilket härrör från de polyklo- rerade kolväten som PCB och dioxiner är, och kloret är inte möj- ligt att avskiljas tidigare i systemet. Däremot har det visat sig att detta klor nu frigjort efter återledning och inledning i processen igen kan avlägsnas, varvid detta exempelvis kan ske genom in- blandande av någon natriumförening någonstans i det just be- skrivna kretsloppet för bildande av koksalt. 10 15 20 25 30 35 513 303 å Det karakteriserande för uppfinningen, nämligen efterbrännkam- marens utformning och hur de av förbränningen av avfallet gene- rerade gaserna tillförs efterbrännkammaren kommer nu att be- skrivas under samtidig hänvisning till Fig 2 och 3. Under botten 14 hos efterbrännkammarens förbränningsutrymme 15 är en ringformad inloppsdel 16 (se Fig 3) anordnad, vilken uppvisar en perifer öppning 17 genom vilken sekundärluft leds in tangentiellt med ett avsevärt tryck genom en icke-visad fläkt, så att centri- petalvirvlar bildas i ritningsplanet i Fig 3, varvid en centripetalvir- vel är visad längst ner till höger i Fig 3. ”Centripetalvirvel” defini- eras här således som en i en spiralformad bana mot ett virvel- centrum gående mediaström. Centralt i ringen 16 finns ett rör 18 anordnat, och detta rör uppvisar öppningar 19, genom vilka luften sugs in däri och blandas med de av förbränningen i brännarens låga resulterande heta förbränningsgaserna och primärluft och drager med dessa i sin centripetalrörelse. Således tillförs de heta förbränningsgaserna efterbrännkammarens inre utrymme 15 un- der tryck, varvid det hela tiden utför en centripetalrörelse i plan väsentligen vinkelrätt mot ritningsplanet i Fig 2, samtidigt som gaserna rör sig inåt i rummet i riktning av pilarna 20. Väl inne i rummet 15 träffar de på ett med inloppet väsentligen inriktat konartat element 21 med basen mot inloppet och anordnat på vä- sentligt avstånd från inloppet för att avlänka därpå träffande centripetalvirvlar av förbränningsgaser i riktning tillbaka mot in- loppet. Det konartade elementet 21 har en konvinkel av ca 45° och styr tillbaka gaserna, så att visade virvlar bildas, vilka över- lagrar den centripetalrörelse gaserna utför i planet vinkelrätt mot virvlarnas utsträckning. Efterbrännkammaren uppvisar även väg- gar 22 anordnade att möjliggöra för förbränningsgaserna att strömma förbi det konartade elementet 21 och antingen röra sig uppåt till ett övre, med det förstnämnda konartade elementet 21 seriekopplat andra konartat element 23 för avlänkande därav nedåt eller fångas upp av en öppning 24 hos ett tak 25 hos ett inre utrymme av efterbrännkammaren avgränsande, nedåt böjda takpartier 26 anordnade att styra förbi det konartade elementet 10 15 20 25 30 35 513 303 få 21 passerande förbränningsgaser nedåt mot det konartade ele- mentet igen.

Gaserna kommer på detta sätt att virvla runt i rummet 15 och up- pehållstiden där blir lång, så att en total förbränning av kolväte- föreningar kommer att slge, Därvid kommer en del av gaserna att lämna det innersta rummegt 15 via den övre öppningen 24 och nå det övre konartade elementet 23 och avlånkas av detta på sådant sätt nedåt att de kan nå utsidan av de inre väggarna 22 och röra sig nedåt, där de når styrplåtar 27, som styr en del av gaserna tillbaka till rummet 15 och andra vidare utåt mot efterbrännkam- marens periferi i en fram och åter löpande bana för förlängande av förbränningsgasernas uppehållstid i efterbrännkammaren, varpå de slutligen lämnar efterbrännkammaren via övre öppning- ar 28. De olika skiljeväggarna 22, 29-31 är företrädesvis gjorda av plåtar med lågt specifikt värme, så att dessa inte måste ab- sorbera några stora värmemängder från de heta förbränningsga- serna för att uppvärmas till mycket höga temperaturer och däri- genom gaserna kan hållas på en mycket hög temperatur inuti ef- terbrännkammaren. När nämnda plåtar blir rödglödgade blir för- bränningen av bränslet ingti efterbrännkammaren mycket effektiv. l Fig 4 visas en annan möjlig användning av den uppfinnlngsenli- ga reaktorn, varvid denna är applicerad på en krematorieugn, hos vilken en kista 32 bränns upp inuti en förbränningskammare 33, och sedan de däravresulterande förbränningsgaserna leds vidare enligt pilarna 34 mot efterbrännkammaren 35. Här träder dessa in genom slitsar i periferin hos ett ringformat organ 36 och dras nedåt till den nedre mynningen av ett centralt rör 37, som leder in i efterbrännkammarutrymmet 38. Samtidigt tillförs sekun- därluft till en på likartat sätt som visat i Fig 3 utformad ring 39 för bildande av en centripetalvirvel därav, vilken träder in i röret 37 på det sätt som visas igljig 2. Sekundärluften påverkar nämnda förbränningsgaser att träda in i efterbrännkammaren 35 under att beskriva en centripetalrörelse med de ovan beskrivna fördelarna till följd. Efterbrännkammjairens inre kan vara utformat på det sätt som är visat i Fig 2. Det är här schematiskt illustrerat hur gaser- 10 15 20 25 30 35 513 303 ll? na när de väl lämnat efterbrännkammaren och gått genom ett icke-visat tubrörsystem för avkylning därav leds till en reningsin- rättning 41, där tungmetaller avskiljs i botten 42, varpå luften leds vidare till en kylare 43 och sedan via en returledning 44 kan ledas tillbaka till efterbrännkammarens inre utrymme 38.

I Fig 5 och 6 illustreras mera i detalj hur en tillsats 45 anordnad under reaktorns bottensektion kan vara utformad för att tillförlit- ligt åstadkomma bildande av centripetalvirvlar hos de av förbrän- ningen resulterande förbränningsgaserna vid inträdande i efter- brännkammaren även i fallet-av förbrännande av fasta bränslen.

Gasflödet kan nämligen inte styras alls lika lätt vid förbrännande av fasta bränslen som vid förbrännande av t ex olja, och för den- na skull krävs speciella arrangemang för att bibringa förbrän- ningsgaserna en centripetalvirvelrörelse. Närmare bestämt inne-_ fattar tillsatsen organ i form av ledskenor 46 utformade att leda in de av förbränningen av det fasta bränslet alstrade förbrän- ningsgaserna snett tangentiellt/radiellt inåt mot det centrala röret 37 under alstrande av centripetalvirvlar på det sätt som illustre- ras i Fig 6. Dessa centripetalvirvlar kommer att sedan röra sig nedåt i skålen 47 och nå rörets mynning 40 och sedan röra sig uppåt i röret 37 för att tillsammans med den via öppningarna 19 i röret inträdande sekundärluften nä efterbrännkammarutrymmet i form av centripetalvirvlar. Det framgår av Fig 6 att de ledningsor- ganen bildande ledskenorna 46 sträcker sig från periferin och inåt först väsentligen radiellt men sedan böjer av åt samma håll för att upphöra med ett parti inriktat i en vinkel av mellan 45° och 90° i förhållande till den motsatta änden av ledskenan.

En mängd andra olika användningar för en reaktor enligt uppfin- ningen är även tänkbara. Därvid kan reaktorn vara anordnad i en anläggning för förbränning av såväl gasformigt som flytande och fast bränsle, varvid det dock i de båda senare fallen är fördelak- tigt om bränslet förgasas före förbränningen.

Uppfinningen är således givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd 10 15 20 25 513 303 ll möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på uppfinningens område, utan att denna för den skull avviker från uppfinningens grundtanke. l Fig 1 och 4 har två olikasätt att realisera ringen för åstadkom- mande av en centripetalvirvel illustrerats, och i det senare fallet uppvisar ringen en spiraiformad utsträckning, och detta avses även inbegripas i patentkravsdefinitionen ”ring". Även andra sätt att utforma denna på är tänkbara, såsom exempelvis förande av gaserna i en i flera varv kringlöpande bana med varje varv lig- gande innanför det föregående, tills det inre varvet mynnar i ett centralt anordnat rör eller öppning till efterbrännkammarens inre utrymme.

Det är inte absolut nödvändigt att inloppet hos efterbrännkamma- ren är beläget i dess botten och utloppet i dess övre del, ehuru detta är fördelaktigt.

Vinkeln hos de konartade elementen kan vara en annan och är mellan 30-60°C, företrädesvis 40-50°C.

"Plåtar" avses här och i patentkraven ha en vid betydelse och ska tolkas som tunna, storytiga plattor, vilka kan vara av vilket material som helst, ej nödvändigtvis metall.

Claims (4)

513 503 F; Patentkrav

1. Reaktor för efterförbränning av vid en förbränning av ett 5 bränsle resulterande förbränningsgaser innefattande en efter- brännkammare (1) med ett inlopp (4) för mottagande av heta förbränningsgaser samt ett utlopp (28) för av efterförbrän- ningen i nämnda kammare resulterande gaser, varvid den in- nefattar en inrättning anordnad att förlänga förbränningsga- 1O sernas uppehållstid i efterbrännkammaren, varvid inrättningen uppvisar organ (16-19) anordnade att påverka förbränningsga- serna att bilda virvlar för att träda in i kammaren genom inlop- pet i form av sådana virvlar för förlängande av nämnda uppe- hållstid, kännetecknad därav, att efterbrännkammaren uppvi- 15 sar ett flertal utanför varandra anordnade utrymmen definie- rade av skiljeväggar (22, 29-31) för styrande av förbrännings- gaser fràn det inre av dessa i en fram och äter löpande bana mot efterbrännkammarens periferi för förlängande av uppe- hållstiden av förbränningsgaserna i efterbrännkammaren. 20

2. Reaktor enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda organ är anordnade att leda luft i en ledning i form av en ring (16) anordnad att mynna i ett i förhållande till nämnda ring (16) centralt anordnat rör (18) utformat att leda förbränningsga- 25 serna, och att detta centrala rör uppvisar öppningar (19) för inträdande av nämnda luften däri för inblandning i förbrän- ningsgaserna.

3. Reaktor enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att nämnda 30 organ (16-19) är anordnade att tillföra för efterförbränningen av förbränningsgaserna erforderlig luft till en ledning för le- dande av förbränningsgaserna i form av virvlar för att försätta förbränningsgaserna och luften i virvelrörelse. 35

4. Reaktor enligt krav 2, därav, att den innefattar organ (46) utformade att leda in nämnda förbränningsgaser i 10 15 20 25 30 35 515 303 lå ett inlopp (40) hos det centrala röret (37) under bildande av centripetalvirvlar. . Reaktor enligt krav 4, kännetecknad därav, att ledningsorga- nen är bildade av styrorgan (46) anordnade att styra in för- bränningsgaserna snett tangentiellt-radiellt inåt mot det cen- trala röret (37) under alstrande av en centripetalrörelse. . Reaktor enligt något___av kraven 1-5, kännetecknad därav, att inrättningen innefattar organ anordnade att under tryck föra in förbränningsgaserna mot efterbrännkammarens inlopp. . Reaktor enligt krav 6, kännetecknad därav, att nämnda organ för tillförsel av förbränningsgaserna under tryck är en fläkt. . Reaktor enligt något av kraven 1-7, kännetecknad därav, att nämnda inrättning innefattar i efterbrännkammaren anordnade organ (21, 23, 27, 29-31) anordnade att styra däri inkom- mande förbränningsgaser för ökande av uppehållstiden därav i kammaren, vilka innefattar ett med inloppet (4) väsentligen in- riktat konartat element (21) med basen mot inloppet och an- ordnat på väsentligt avstånd från inloppet för att avlänka därpå träffande virvlar av förbränningsgaser i riktning tillbaka mot inloppet. . Reaktor enligt något av kraven 1-8, kännetecknad därav, att inloppet (4) är anordnat i botten (14) hos efterbrännkammaren. 10.Reaktor enligt krav 8, kännetecknad därav, att den innefattar två på avstånd med avseende på inriktningen av inloppet efter varandra anordnadeulämnda konartade element (21, 23). 11.Reaktor enligt krav 9 och 10, kännetecknad därav, att efter- brännkammaren uppvisar väggar (22) anordnade att möjlig- göra för förbränningsgaserna att strömma förbi det närmast inloppet (23) belägna konartade elementet (21), men ej förbi 10 15 20 25 30 513 ÉÛYJ lit det andra konartade elementet och i stället avlänkas till att röra sig nedåt relativt detta konartade element. 12.Reaktor enligt krav 8, kännetecknad därav, att nämnda kon- artade element (21, 23) har en konvinkel av 30-60°, företrä- desvis 40-50”. 13.Reaktor enligt krav 8, kännetecknad därav, att den innefattar ett med avseende pà inloppet (4) nedströms om nämnda kon- artade element (21) beläget tak (25) hos ett inre utrymme (15) hos efterbrännkammaren, och att detta tak uppvisar en öpp- ning (24) för utströmmande av förbränningsgaser ur utrymmet och nedåt böjda, öppningen avgränsande takpartier (26) an- ordnade att styra förbi nämnda konartade element (21) pas- serande förbränningsgaser nedåt mot det konartade elementet igen. 14.Reaktor enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda skilje- väggar (22, 29-31) är gjorda av plåtar “med lågt specifikt värme. 15.Reaktor enligt krav 14, kännetecknad därav, att plåtarna (22, 29-31) är utformade att av de heta förbränningsgaserna upp- värmas till mycket höga temperaturer, med fördel över 600°C, fördelaktigt över 700°C och företrädesvis så att de glödgas. 16.Reaktor enligt något av kraven 1-15, kännetecknad därav, att den är utformad att i efterbrännkammaren mottaga förbrän- ningsgaser med en temperatur överstigande 600°C, företrä- desvis 700°C.