SE502188C2 - Sätt och anordning för att undvika störningar orsakade av beläggningar på tillförseldon till förbrännings- eller förgasningsanläggning - Google Patents

Description

502 188 Bränslets sammansättning varierar ofta fràn ett driftfall till ett annat, särskilt vad gäller olika typer av avfalls- bränslen men även skogsbränslen.

Exempel på ask- och/eller slaggrika bränslen utgör träd- bränslen, halm, avfall, såsom industri-, hushàlls-, miljö- farligt och riskavfall samt vidare stenkol, brunkol, torv, mesa och svartlut. Även krematorie- och cementugnar tillhör denna kategori förbrännings-/förgasningssystem.

Aska är en benämning pà oorganisk och icke brännbar sub- stans, som ursprungligen finns i bränslet.

Slagg utgör benämning på "tillsatser" av organisk eller oorganisk och icke brännbar substans, t.ex. metaller, keramik, glas, sten etc. Ofta räknas "aska" in i begreppet "slagg".

Bränslepriset är en annan viktig parameter vid optimering av ovan angivet slag. Halten svavel och till viss del även halten kväve i bränslet står i direkt proportion till emissionsnivån för ett rökgasreningssystem. Detta får självfallet till följd att bränslepriset blir högre, då t.ex. halten kväve i bränslet är högre. Givetvis påverkas även det ekonomiska utfallet av marknadspriset som ibland ändras snabbt.

Handel med utsläppsrätter enligt s.k. bubbelmodeller är system som förväntas få stort genomslag i framtiden.

Ovan nämnda parametrar belyser ett förväntat framtida behov av flexibla förbrännings-/förgasningssystem som snabbt kan omställas för att medge uppnående av den ekonomiskt optima- la driftpunkten vid varje tillfälle. so2 188) Vid ett optimeringssätt av här aktuellt slag tillföres det eller de perforerade rören i förbrännings- eller förgas- ningskammaren ett fluidum bestående av gas eller vätska eller eventuellt fasta partiklar. Exempel på gas är luft, syre, syreanrikad luft, rökgas, inertgas (C02, N2, etc), bränsle för reburning (gasol, naturgas etc), NO¿-reduceran- de ämnen (NH,, urea, etc), vattenånga av optimala flöden samt tryck och temperatur. Exempel på vätska är vatten, NH,, urea, etc.

Exempel på fasta partiklar är pulver från biobränsle in- klusive torv samt kol och avfall (plast, etc). Dessa kan användas som reburningsbränsle.

Förekommande oxidationsmedel, t.ex. luft, skall oxidera oförbrända gaser, t.ex. CO, medan reduktionsmedlen, t.ex.

NH3 eller t.ex. gasolbränsle, skall reducera t.ex. NO i för enskilda tillfällen önskad optimal omfattning.

Röret eller rören appliceras i förbrännings-/förgasningsan- läggningen på lämplig plats för att åstadkomma optimala betingelser.

I t.ex. en rosteldad panna med överförbränning, varvid luft under bränslet ger rökgas riktad uppåt, kan röret eller rören placeras över rosten i anslutning till övergången till pannans första drag. Det motsatta gäller en panna med s.k. underförbränning.

I t.ex. en fluidiserad bädd med varierande tryck kan röret eller rören placeras i själva eldstaden.

Teknikens ståndpunkt Idag sker förbränning/förgasning av ask- och slaggrika bränslen i en mängd olika typer av apparater och anlägg- 502 188 ningar i form av ugnar, eldstäder o.s.v. med brännare, roster, fluidiserande och/eller bubblande bäddar o.s.v.

Utmärkande för sådana ugnar och eldstäder är att rökgas- emissionerna av CO, Cgg (kolväten), NOV SO2,I%O, dioxin, PAH m.m. ofta är höga beroende på dåligt förbränningsopti- merade anläggningar. Vissa anläggningar är även försedda med olika typer av rökgasreningssystem, t.ex. elektro- eller textilfilter, SCR, skrubbers m.m. efter själva för- brännings-/förgasningsapparaten, vilket reducerar emis- sionsnivån i efterföljande skorsten/gaskanal.

Såsom exempel på kända anordningar för att minimera emis- sionsnivåer beskriver EP-O 286 077 A2 (Müllverbrennungsan- lage Wuppertal) ett sätt att förbränna sopor vid vilket rökgaserna dras ut ur förbränningsrummet och bringas att utföra en virvelrörelse genom tillsats av sekundärluft.

Sekundärluften tillföres via munstycken på sådant sätt att rökgaserna uppbromsas i en enhetlig temperaturzon i för- bränningskammaren och bringas att kvarstanna i denna under en tidrymd av ca 8 sekunder. å SE,C,l39.072 (Larsson) beskriver en eldstad, speciellt i värmepannor eller för anslutning till dylika pannors eld- stadsrum, vid vilken intag för primärluft finnes på sidan av eldstaden, vilka intag leder till en resp. flera utmed eldstaden anordnade fasta tuber, som i sin tur innehåller ett vridbart rör, som medger reglering av utloppsarean för luften genom vridning av röret omkring sin axel och/eller axiell förskjutning av röret.

DE,C,l07.755 (Lindemann) beskriver en anordning för till- försel av luft över ett bränsleskikt vilken anordning uppvisar ett rörgaller med nätartat anordnade rör det ena över det andra och med sidoriktade öppningar, så att ett flertal, varandra korsande luftstrålar uppkommer. 502 188, SE,C,ll5.046 (Sinding) beskriver en apparat för förvärmning samt reglerbar tillförsel av sekundärluft till eldstäder, vilken apparat är försedd med koncentriskt, tätt omkring varandra anordnade rör, som sträcker sig in i en förvärm- ningskammare för lufttillförsel till denna och är inbördes vridbara så att i densamma upptagna öppningar kan vinkelin- ställas relativt varandra för reglering av genomgångsarean och därigenom av lufttillförseln.

Ytterligare exempel på teknikens ståndpunkt står att finna i SE,C,45.2l2 (Reck), SE,C,l39.563 (Svenska Maskinverken) och SE,B,458.l47 (Lantmännen ODAL), WO9l/00134 (Fuel Tech Europe) och US,A,4.883.003 (Hoskinson).

Samtliga kända sådana förbrännings- resp. förgasningsan- läggningar uppvisar nackdelen att det eller de rör, som är införda i förbrännings- eller förgasningskammaren blir belagt med aska, slagg, oförbränt material, sot m.m., varför förbrännings- eller förgasningsförloppet ej kan drivas kontinuerligt utan måste med jämna mellanrum av- brytas för att medge rengöring av rören. Denna procedur är omständlig, dyrbar och omöjliggör i vissa fall en accepta- bel drift, särskilt då slaggrika bränslen såsom avfall eldas. Dessutom har de/det både strömnings- och förbrän- ningstekniskt störande inverkan vid optimering av rökgas- eller gasparametrarna i en anläggning av angivet slag.

Uppfinningens ändamål Ett ändamål med uppfinningen är att undanröja ovan angivna och andra nackdelar vid kända förbrännings- och förgas- ningssätt jämte tillhörande anläggningar med uppnående av ökad effektivitet och lägre emissionsnivå hos förbrännings- respektive förgasningsförloppet.

Ett annat ändamål är att öka sättets respektive anlägg- ningens flexibilitet för att, då så önskas, möjliggöra 502 188 snabb och enkel omställning från en önskad emissionsnivå (t.ex. hög CO-, låg NO-halt) till en annan (t.ex. låg CO-, hög NO-halt) i beroende av det ekonomiska utfallet.

Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma ett sätt resp. en anläggning som förenklar och förbilligar rörens rengöring och som därigenom medför ett ökat utbyte av förbrännings- resp. förgasningsförloppet.

Ett annat ändamål är att åstadkomma ett sätt resp. en anläggning som möjliggör ett kontinuerligt eller i huvudsak kontinuerligt förbränningsförlopp, d.v.s. utan att detta måste avbrytas för sotning resp. rengöring av i förbrän- nings- resp. förgasningskammaren införda rör, t.ex. för tillförsel av sekundärluft.

Kortfattad redogörelse för uppfinningen Dessa och andra ändamål uppfylles av ett sätt enligt före- liggande uppfinning som är av ovan angivet slag och som väsentligen kännetecknas av i kravets l kännetecknande del angivna föranstaltningar.

Genom att enligt uppfinningen angripa problemet vid emis- sionskällan, d.v.s. i själva förbrännings-/förgasnings- kammaren kan kostnaderna för ett rökgasreningssystem mini- meras och eventuellt i huvudsak helt elimineras.

Det effektivare förbrännings-/förgasningsförlopp som upp- finningen erbjuder medför dels lägre emissionsnivåer och dels ökad flexibilitet, så att snabb och tillförlitlig omställning till vid beroende pà omständigheterna önskad emissionsnivå uppnås.

Genom uppfinningen förenklas vidare rörens sotnings- res- pektive rengöringsprocedur, vilket även ökar utbytet av förbrännings- respektive förgasningsoperationen. 502 188 Det gives därjämte möjlighet att vid olika tidpunkter till- föra olika fluida respektive fasta partiklar via ett eller flera av rören för att, i beroende av kammarens aktuella driftläge, inställa en ny optimal driftpunkt.

Detta kan t.ex. ske genom att separata tillförselkällor, t.ex. i form av samlingslådor, för olika fluida växelvis sammankopplas med respektive frånkopplas från varandra eller via ventiler anslutes till ett eller flera av rören.

Rengöringen kan åstadkommas genom att på lämpligt sätt ut- formade borstar eller skrapor anordnas på kammarens utsida, vilka borstar eller skrapor ingriper mot röret och befriar detta från stoft och andra avlagringar vid rörets förskjut- ning ut ur resp. in i kammaren.

Olika typer av sotnings- resp. rengöringsanordningar kan utnyttjas vid uppfinningens tillämpning. Exempelvis kan en vibreringsanordning, rent mekaniskt eller med infra- res- pektive ultraljud ingripa mot röret i anslutning till att det lämnar eller har lämnat kammaren. Det är även möjligt att rengöra röret eller rören på manuell väg.

Vid ett sätt att tillämpa uppfinningen, varvid kammaren upptar flera liknande rör, eventuellt på olika nivåer, kan ett eller ett fåtal rör utdragas samtidigt under det att förbrännings- eller förgasningsförloppet fortgår kontinuer- ligt med utnyttjande av kvarvarande rör.

Det inses att ett sätt av detta slag väsentligt ökar ut- bytet av processen i en förbrännings- resp. förgasningsan- läggning.

Signaler från olika givare, t.ex. för temperatur, tryck, flöde, förekommande rökgaskomponenter etcetera kan utnytt- jas för bestämning av rengöringsoperationernas initiering. 502 188 Dessa signaler kan dessutom utnyttjas för reglering av tillförseln av fluidum resp. fasta partiklar till respek- tive rör, vilken tillförsel eventuellt sker stötvis.

Allmänt gäller att sättet enligt uppfinningen kan tillämpas vid såväl befintliga som nya förbrännings-/förgasningsan- läggningar. Nya pannor resp. ugnar kan tillverkas med mindre eldstadsvolym till följd av den effektivare ombland- ningen av gaserna, vilket reducerar kostnaderna.

Bästa möjliga driftfall med optimal emissionsnivå vid varje enskilt tillfälle kan enklare uppnås än med hittills kända system.

Uppfinningen avser även ett tillförseldon till en förbrän- nings- eller förgasningsanläggning för optimering av rök- gas- eller gasparametrar, vilken anordnings väsentliga kännetecken är angivna i patentkrav 5.

Investeringskostnaden för en sådan anläggning är låg i förhållande till utbytet, vilket medger kort återbetal- ningstid för investeringen.

Ytterligare kännetecken för resp. fördelar hos ett sätt resp. en anordning enligt uppfinningen kommer att framgå av nedanstående beskrivning av några föredragna utförings- former av denna. Beskrivningen sker i anslutning till bifogade ritning.

Kortfattad redogörelse för ritningsfigurerna Fig. l är en delvis uppskuren perspektivvy av en förbrän- ningsanläggning för fasta bränslen vilken anläggning upp- visar en anordning enligt uppfinningen.

Fig. 2a-2d är ett snitt utmed linjen II-II i fig. 1 och visar olika exempel på anläggningen resp. anordningen 502 188 tillhöriga tillförselrör för olika fluida såsom sekundär- luft respektive fasta partiklar.

Fig. 3 är en perspektivvy som i större skala utvisar en anordningen enligt uppfinningen tillhörig rengöringsanord- ning.

Fig. 4 är ett snitt som åskådliggör en styr- eller regler- anordning för via anordningen tillfört fluidum, t.ex. sekundärluft och/eller kylfluidum.

Beskrivning av föredragna utföringsformer I fig. l betecknar siffran 1 en anordning för optimering av rökgasparametrar i en förbränningsanläggning 2. Denna består av en ugn för förbränning av fasta bränslen med en rost 3 och en ovanförliggande förbränningskammare 4.

Bränslet kan tillföras intermittent eller kontinuerligt, och förbränningsluft inblåses i form av primärluft under- ifrån och upp genom rosten 3.

Sekundärluft tillföres genom särskilda portar i pannväggen i syfte att slutförbränna bildade reaktionsprodukter i form av gas och fasta partiklar.

Partiklar i rökgasen ovanför rosten 3 består av aska, slagg och/eller oförbränt bränsle. Dessa kan slås samman till större partiklar, s.k. agglomerat, eller reduceras till mindre, mer eller mindre rena askpartiklar. Slaggrikare bränslen ger ofta högre andel stoft och slagg i rökgasen.

En del av partiklarna avsätter sig på förbränningskammarens insida som ofta är beklädd med rör 6 med en utanförliggande isolering 5. Stoftpartiklar avsättes även på rören 13, varvid hålen l4 för sekundärluftens tillförsel kan igentäp- pas, alternativt sker påbakning direkt på rörets mantelyta, 502 188 10 vilket medför att förbränningen blir ofullständig och ej optimal med ytterligare problem av angivet slag som följd.

Dåliga blandningsförhållanden i gasrummet av detta slag ger förbränningsanläggningen en sämre förbränningsverknings- grad. Särskilt tydligt blir detta vid NO,-reducerande åtgärder, då andelen oförbrända gaser/partiklar är högre än före åtgärden. Strypt lufttillförsel och/eller rökgasrecir- kulation minskar temperaturen i förbränningszonen och vidare skapas reducerande betingelser vilket leder till lägre NO,-halter och högre halter av oförbrända gaser och partiklar. Kravet på effektiv inblandning av sekundärluft blir därvid ännu viktigare vilket i sin tur leder till krav på frekvent rengöring eller sotning av sekundärluftrören.

Vid tidigare kända anläggningar har förbränningsförloppet måst avbrytas för att sådan sotning eller rengöring skall kunna äga rum.

Vid den i fig. 1 visade anläggningen är tillförselrören 13 för fluidum, t.ex. sekundärluft, anordnade under bildning av ett ridåsystem innefattande ett antal rör 13, varav vissa är parallella, på en eller flera nivåer i förbrän- ningskammaren 4. Rören 13 är försedda med perforeringar 14, enligt fig. 2 utformade i dysor 25, utmed rörens hela mantelyta. Hàlen kan ha lika delning och en hålrad kan be- finna sig på vardera sidan om respektive rör. Alternativt kan vinkeln varieras både "uppåt och nedåt" t.ex. såsom visas i fig. 2b. Tvärsnitt genom två andra ändamålsenliga typer av rör visas i fig. 2c och 2d.

Hålens genomströmningsarea avgör flödet av fluidet vid ett givet tryck. Då hastighetsprofilen över det aktuella tvär- snittet i en förgasnings- eller förbränningsanläggning, där anordningen skall installeras, ofta varierar, måste detta kompenseras vid tillförsel av fluida. 502 188, ll Ett fluidum, t.ex. sekundärluft av högt tryck, tillföres via en fläkt 10 ansluten till en samlingslåda 11, från vilken utgår flexibla slangar 12 som medelst snabbkopp- lingar 23 är anslutna till rörens 13 ändar. Rörens motstå- ende ändar kan vara pluggade.

I beroende av aktuellt förbränningsförlopp införes rören 13 i och urdrages i axiell led ur kammaren 4 med längre eller kortare tidsintervall. På detta sätt kan förbränningsför- loppets emissionsnivå hållas optimal.

För att möjliggöra snabb och enkel rengöring av rören från stoft och andra partiklar som tilltäpper hålen 14 eller fastnat på rörens mantelyta är rören utdragbara i axiell riktning från förbränningskammaren 4 via hål i dennas vägg.

På utsidan av kammaren ingriper motstående rullar 15 mot rörens mantelyta. Dessa rullar 15 är via en transmission 16 drivna av en motor 17.

På ett stativ 20 är anordnat ett arrangemang av stålborstar 21, mellan vilka rören passerar vid utdragnings- resp. den därpå följande införingsrörelsen. Dessa borstar 21 åstad- kommer effektiv rengöring av rören, så att de befrias från stoft- och slaggbeläggningar. Rengöringsoperationen visas i fig. 3.

Det inses att det visade arrangemanget väsentligt förenklar rörens rengöring och att rören kan utdragas ett och ett eller ett fåtal åt gången, varvid förbränningsförloppet kan fortsätta, eftersom t.ex. sekundärluft tillföres via i 6 förbränningskammaren kvarvarande rör.

Alternativt eller dessutom kan skakningsautomatik (slagverk eller dylikt, icke visat) eller ljudsotning (infra- eller ultraljud) anslutas för kontinuerlig eller intermittent slaggborttagning. 502 188 12 För det fall att tillgängligt utrymme icke står till för- fogande pà förbränningskammarens utsida kan rören i stäl- let, såsom antydes av röret 13', vinklas nedåt i förbrän- ningskammaren och därefter avlägsnas t.ex. på manuell väg för rengöring utanför förbränningskammaren.

Rören 13 kyls vid den visade utföringsformen med det flui- dum, som avses att användas i aktuellt fall. Det tillförda fluidet "blöder igenom" rören och medför därvid kylning av dessa.

Alternativt kan enligt fig. 2c användas en separat kyld krets med externt fluidum, t.ex. kylvatten, som tillföres via ett ringformat utrymme 46 mellan röret 13 och ett inre koncentriskt rör 45. Kylningen sker sålunda oberoende av för optimering av förbränningsprocessen tillförda fluida och/eller fasta partiklar.

Enligt fig. 4 regleras genomblödningen av fluidum med en strypventil 35, som via en drivanordning 36 står i förbin- delse med en sensor 37 i rörets inre. Sensorn 37 avkänner temperaturen i röret och reglerar strypventilen 35 i mot- svarighet härtill.

Regleringen av fluidum till respektive rör 13 kan vidare ske via signaler från givare för olika gasparametrar, gas- halter, temperaturer, tryck, flöde, etcetera (icke visat).

Dessa givare kan även utnyttjas för att, t.ex. via en dator, bestämma de tidpunkter då rengörings- eller sot- ningsoperationen skall initieras. Såsom ovan nämnts, be- höver förbränningsförloppet därvid icke avbrytas.

Alternativt kan dessa tidpunkter bestämmas med hjälp av en timer. 502 1488 13 Materialet i rören 13 är av sådant slag att påslag, t.ex. i form av aska och oförbrända partiklar, minimeras. Rören kan vid vissa applikationer beläggas med en katalysatormassa, särskilt i sådana fall då en reaktion av gaskomponenter med heterogen katalys eftersträvas.

Då trycket i förbrännings- eller förgasningskammaren över- stiger l bar, förses anordningen lämpligen med täta huvar på utsidan.

I fig. l visas med streckade linjer ytterligare ett antal rör 13 på annan nivå via vilka ett annat fluidum eller fasta partiklar tillföres via ytterligare en med streckade linjer antydd samlingslåda ll'. Samlingslådorna ll och ll' kan anslutas till varandra via en ledning 40 med en ventil 41. Vidare är de flexibla ledningarna 12 och 12' från respektive samlingslåda ll och ll' förenade via ledningar 42, var och en med en ventil 43. På detta sätt kan samma eller olika fluida och fasta partiklar tillföras via rör på olika nivåer via separata eller sammankopplade ledningar, d.v.s. via ett mycket flexibelt system. ä Pig. 2d visar en utföringsform vid vilken ett knippe rör 47 för olika fluida är upptagna i ett gemensamt ytterör 13.

Rörens 47 tillförselöppningar betecknas 48. Rörknippet omges av ett med röret 13 koncentriskt innerrör 45 för bildning av ett omgivande ringformigt utrymme svarande mot utrymmet 46 i fig. 2c för ett kylfluidum.

Med en anordning enligt uppfinningen i en förbrännings- kammare åstadkommas ett förbättrat förbränningsresultat med lägre halter av NOX, CO, N¿O, kolväten och oförbrända par- tiklar samt dioxin. 502 188 14 En anordning enligt uppfinningen är enkel att montera och är därvid särskilt lämplig för konvertering av på marknaden befintliga, i drift varande ugnar, förgasnings- och för- bränningsanläggningar.

Claims (7)

so2v1aay 15 Patentkrav

1. l. Sätt att undvika störningar orsakade av belägg- ningar på tillförseldon till en förbrännings- eller förgas- ningsanläggning (2) för optimering av rökgas- eller gas- parametrar, särskilt för ask- och slaggrika bränslen, med en förbrännings- eller förgasningskammare (4) som upptar ett eller flera perforerade rör (13) genom vilka ett flui- dum och/eller fasta partiklar tillföres kammaren för under- hållande av ett förbrännings- eller förgasningsförlopp i denna, varvid röret eller rören för påverkan av förloppets emissionsnivå med längre eller kortare tidsintervall in- föres i resp. uttages ur kammaren och utanför denna ren- göres från slagg och annan stoftbeläggning och flödet av det via rören tillförda fluidet regleras, kännetecknat av att röret eller rören (13) rengöres i samband med en ut- dragningsrörelse och/eller efterföljande införingsrörelse i axiell riktning.

2. Sätt enligt krav 1, varvid kammaren (4) upptar flera liknande rör (13), eventuellt på olika nivåer, känne- tecknat av att ett eller ett fåtal rör utdrages samtidigt, och att förbrännings- eller förgasningsförloppet fortgår kontinuerligt med utnyttjande av kvarvarande rör.

3. Sätt enligt krav 2, kännetecknat av att signaler från olika givare, t.ex. för temperatur, tryck, flöde, förekommande rökgaskomponenter, etc utnyttjas för bestäm- ning av rengöringsoperationernas initiering.

4. Sätt enligt krav 3, kânnetecknat av att aktuella signaler dessutom utnyttjas för reglering av tillförseln av fluidum resp. fasta partiklar till respektive rör, vilken tillförsel eventuellt sker stötvis. 502 188 16

5. Tillförseldon till förbrännings- eller förgas- ningsanläggning för optimering av rökgas- eller gaspara- metrar, särskilt för ask- och slaggrika bränslen, med en förbrännings- eller förgasningskammare (4) som upptar ett eller flera perforerade rör (13) för strömning av ett fluidum och/eller fasta partiklar som tillföres kammaren för att underhålla ett förbrännings- eller förgasnings- förlopp i denna, vilket eller vilka rör (13) för påverkan av förloppets emissionsnivå och för rengöring från stoft och annan beläggning är införbara i resp. uttagbara ur kammaren (4), kännetecknat av organ (15, 16, 17; 20, 21) för rengöring av röret eller rören i samband med utdragnings- rörelsen och/eller efterföljande àtergångsrörelse i axiell riktning.

6. Tillförseldon enligt krav 5, innefattande organ för reglering av till kammaren (4) tillfört flöde, t.ex. så att till olika förbränningszoner i kammaren tillföres olika stora flöden av samma eller olika fluida eller fasta par- tiklar, kännetecknat av att röret eller rören (13) är anslutna eller anslutbara till en eller flera samlingslàdor (ll; ll') för respektive fluidum eller fasta partiklar via flexibla slangar (l2; l2'), företrädesvis försedda med snabbkopplingar (23) till rören och eventuellt med förbin- delseledningar (40; 42) mellan samlingslådorna (ll; ll') samt ventiler (4l; 43) i dessa förbindelseledningar (40; 42).

7. Tillförseldon enligt krav 5 eller 6, kännetecknat av att en drivanordning (15, 16, 17) är inrättad att i axiell riktning utdraga rören ur och inskjuta dem i kamma- ren (4), vilken drivanordning företrädesvis innefattar motstående, på inbördes avstånd anordnade, mot rörmanteln ingripande drivrullar (15), vilka t.ex. via en rem (16) är påverkade av en drivmotor (17).