BE1025689B1

BE1025689B1 - Systeem en werkwijze voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces

Info

Publication number: BE1025689B1
Application number: BE2017/5803A
Authority: BE
Inventors: Marcel Gerardus Edmond Goemans; Lode Geert Smeets
Original assignee: Europem Technologies Nv
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-06-11
Also published as: BE1025689A1

Abstract

Een systeem voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces, welk systeem omvat: een eerste boiler (100) ingericht om uitlaatgas G1 van een verbrandingsproces te ontvangen en om in een eerste temperatuursbereik te werken; een reinigingsinrichting (200) die stroomafwaarts van de eerste boiler is geplaatst voor het ontvangen van uitlaatgas G2 dat doorheen de eerste boiler is gepasseerd; en die ingericht is om te werken in een tweede temperatuursbereik; en een tweede boiler (300) die stroomafwaarts van de reinigingsinrichting is gepositioneerd voor het ontvangen van gereinigd uitlaatgas G3 van de reinigingsinrichting; en die ingericht is om te werken in een derde temperatuursbereik dat lager is dan het eerste temperatuursbereik.

Description

De Minister van Economie,

Gelet op het Verdrag van Parijs van 20 maart 1883 tot Bescherming van de industriële Eigendom;

Gelet op de wet van 28 maart 1984 op de uitvindingsoctrooien, artikel 22, voor de voor 22 september 2014 ingediende octrooiaanvragen ;

Gelet op Titel 1 Uitvindingsoctrooien van Boek XI van het Wetboek van economisch recht, artikel XI.24, voorde vanaf 22 september2014 ingediende octrooiaanvragen ;

Gelet op het koninklijk besluit van 2 december 1986 betreffende het aanvragen, verlenen en in stand houden van uitvindingsoctrooien, artikel 28;

Gelet op de aanvraag voor een uitvindingsoctrooi ontvangen door de Dienst voor de Intellectuele Eigendom op datum van 08/11/2017.

Overwegende dat voor de octrooiaanvragen die binnen het toepassingsgebied van Titel 1, Boek XI, van het Wetboek van economisch recht (hierna WER) vallen, overeenkomstig artikel XI. 19, § 4, tweede lid, van het WER, het verleende octrooi beperkt zal zijn tot de octrooiconclusies waarvoor het verslag van nieuwheidsonderzoek werd opgesteld, wanneer de octrooiaanvraag het voorwerp uitmaakt van een verslag van nieuwheidsonderzoek dat een gebrek aan eenheid van uitvinding als bedoeld in paragraaf 1, vermeldt, en wanneer de aanvrager zijn aanvraag niet beperkt en geen afgesplitste aanvraag indient overeenkomstig het verslag van nieuwheidsonderzoek.

Besluit:

Artikel 1. - Er wordt aan

EUROPEM TECHNOLOGIES NV, Duwijckstraat 17, 2500 LIER België;

vertegenwoordigd door

D'HALLEWEYN Nele Veerle Trees Gertrudis, Meir 24 bus 17, 2000, ANTWERPEN;

een Belgisch uitvindingsoctrooi met een looptijd van 20 jaar toegekend, onder voorbehoud van betaling van de jaartaksen zoals bedoeld in artikel XI.48, § 1 van het Wetboek van economisch recht, voor: Systeem en werkwijze voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces .

UITVINDER(S):

GOEMANS Marcel Gerardus Edmond, Kortrijksestraat 361, 3010 , KESSEL-LO;

SMEETS Lode Geert, Holsbeeksesteenweg 223, 3010 , LEUVEN;

VOORRANG :

AFSPLITSING :

Afgesplitst van basisaanvraag :

Indieningsdatum van de basisaanvraag :

Artikel 2. - Dit octrooi wordt verleend zonder voorafgaand onderzoek naar de octrooieerbaarheid van de uitvinding, zonder garantie van de verdienste van de uitvinding noch van de nauwkeurigheid van de beschrijving ervan en voor risico van de aanvrager(s).

Brussel, 11/06/2019,

Bij bijzondere machtiging:

BE2017/5803

Systeem en werkwijze voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces

VAKGEBIED VAN DE UITVINDING

Het vakgebied van de uitvinding heeft betrekking op een systeem en werkwijze voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Oplossingen van de stand van de techniek bestaan typisch uit het gebruiken van een afval warmterecuperatie boiler gevolgd door een uitlaatreinigingseenheid. Optioneel kan een economiser voorzien zijn stroomafwaarts van de uitlaatreinigingseenheid. Dergelijke oplossingen hebben een beperkte energie-efficiëntie. De reiniging gebeurt typisch niet bij de optimale temperatuur en/of in bepaalde gevallen is een herverwarming van de uitlaatgassen nodig, bijvoorbeeld wanneer het reinigen een selectief katalytisch reductieproces inhoudt.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Het doel van uitvoeringsvormen van de uitvinding is om de warmterecuperatie en het verwijderen van ontreinigende stoffen uit uitlaatgassen van een verbrandingsproces, te verbeteren, zodanig dat een hogere energie-efficiëntie wordt bereikt. Meer in het bijzonder is het wenselijk om een hogere energie-efficiëntie te verkrijgen door zowel meer warmterecuperatie uit de uitlaatgassen als minder energieverbruik verliezen voor het reinigen van uitlaatgassen.

Volgens een eerste aspect wordt een systeem verschaft voor het recupereren van warmte en voor het reinigen van een uitlaatgas van een verbrandingsproces, welk systeem omvat:

- een eerste boiler die ingericht is voor het ontvangen van uitlaatgas van een verbrandingsproces en om in een eerste temperatuursbereik te werken;

- een reinigingsinrichting die stroomafwaarts van de eerste boiler is gepositioneerd voor het ontvangen van uitlaatgas dat doorheen de eerste boiler is gepasseerd; en die ingericht is om te werken in een tweede temperatuursbereik; en

- een tweede boiler die stroomafwaarts van de reinigingsinrichting gepositioneerd is voor het ontvangen van gereinigd uitlaatgas van de reinigingsinrichting; en die ingericht is om te werken in een derde temperatuursbereik dat lager is dan het eerste temperatuursbereik.

Optioneel omvat het systeem verder een tweede reinigingsinrichting die stroomafwaarts van de tweede boiler gepositioneerd is voor het ontvangen van uitlaatgas dat door de tweede boiler is gepasseerd en die geconfigureerd is om te werken in een vierde temperatuursbereik dat lager is dan het tweede temperatuursbereik.

BE2017/5803

In vergelijking met oplossingen van de stand van de techniek waar slechts twee niet-geïntegreerde processtappen, namelijk warmterecuperatie en uitlaatgas reiniging, worden gebruikt, laat het systeem volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding een verbeterde energie efficiëntie toe. Het temperatuursbereik van de eerste boiler kan immers zodanig gekozen worden dat de uitlaatgassen een geschikte temperatuur hebben voor het reinigen in de reinigingsinrichting. Door het verschaffen van een tweede boiler kan een verdere de warmterecuperatie uitgevoerd worden, zodanig dat warmteverliezen beperkt worden. In uitvoeringsvormen van de uitvinding kan het verbruik van reagentia tijdens het reinigen lager zijn dan in oplossingen van de stand van de techniek aangezien de chemische reacties kunnen plaatsvinden in verbeterde, en bij voorkeur geoptimaliseerde, temperatuurs- en vochtigheidsomstandigheden. Dit wordt mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van een eerste en een tweede boiler, stroomopwaarts en stroomafwaarts van de reinigingsinrichting.

Het derde temperatuursbereik is bij voorkeur ten minste 5% lager dan het eerste temperatuursbereik, meer bij voorkeur minstens 10% lager. Het vierde temperatuursbereik is bij voorkeur ten minste 5% lager dan het tweede temperatuursbereik, meer bij voorkeur ten minste 10% lager.

In de voorkeursuitvoeringsvorm is het tweede temperatuursbereik tussen 300 en 500 °C, meer bij voorkeur tusen 325 en 475 °C, nog meer bij voorkeur tussen 350 en 450 °C. Het eerste temperatuursbereik is bij voorkeur hoger dan 300°C, meer bij voorkeur hoger dan 325 °C, nog meer bij voorkeur hoger dan 350 °C. Het derde temperatuursbereik is bij voorkeur lager dan 500 °C, meer bij voorkeur lager dan 450 °C, nog meer bij voorkeur lager dan 400 °C.

In de voorkeursuitvoeringsvorm omvat de reinigingsinrichting een filter; en/of een selectieve katalytische reductie en/of oxidatie inrichting die ingericht is om een selectief katalytische reductie- en/of oxidatieproces uit te voeren op het uitlaatgas. Het filter is bij voorkeur een keramisch filter. Het filter is bij voorkeur stroomopwaarts van de selectieve katalytische reductie inrichting geplaatst. Volgens een alternatief kan het keramisch filter een geïntegreerde katalytische reactor bevatten, bij voorbeeld door het bekleden of impregneren van de filterelementen (bijvoorbeeld candles) met een katalysator of door het plaatsen van katalytische elementen in een reinigingssectie van de keramische filter.

In de voorkeursuitvoeringsvorm omvat het systeem verder een eerste en/of een tweede boiler reinigingssysteem dat ingericht is voor het verwijderen van neerslag van de uitlaatgassen van

BE2017/5803 respectievelijk de eerste en/of tweede boiler. Het reinigingssysteem omvat bij voorkeur een blaasinrichting.

In de voorkeursuitvoeringsvorm omvat het systeem verder een hercirculatielijn die verbonden is tussen een uitlaat van de tweede boiler en een inlaat van de eerste boiler; en een controlemiddel voor het regelen van een stroom doorheen de hercirculatielijn in functie van een gewenste temperatuur van het uitlaatgas in de eerste boiler.

In de voorkeursuitvoeringsvorm omvat de tweede reinigingsinrichting een wasser die stroomafwaarts van de tweede boiler gelegen is voor het verwijderen van zuren en/of voor het condenseren van rookgassen voor het recupereren van laagvermogen warmte (bijvoorbeeld voor gebruik in verwarmingstoepassingen zoals een district verwarming of het verwarmen van gebouwen).

Verdere voorkeursuitvoeringsvormen worden geopenbaard in de conclusies.

Volgens een tweede aspect van de uitvinding wordt een werkwijze voorzien voor het recupereren van warmte en voor reinigen van een uitlaatgas van een verbrandingsproces. Voorkeursuitvoeringsvormen daarvan worden geopenbaard in de conclusies. De voordelen die hierboven en hieronder vermeld worden voor verschillende uitvoeringsvormen van het systeem zijn mutatis mutandis van toepassing voor de overeenstemmende uitvoeringsvormen van de werkwijze.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

De tekeningen in bijlage worden gebruikt om huidige niet beperkende voorkeursuitvoeringsvormen van inrichtingen van de onderhavige uitvinding te illustreren. De hierboven genoemde en andere voordelen en kenmerken van doelstellingen van de uitvinding zullen duidelijker worden en de uitvinding zal beter begrepen worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving wanneer deze samen met de tekeningen in bijlage wordt gelezen, waarin:

FIG. 1 een schematische tekening van een voorbeelduitvoeringsvorm van een systeem voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces toont;

FIG. 2 een schematische tekening van een andere meer gedetailleerd uitvoeringsvoorbeeld van het systeem voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces toont; FIG. 3 een schematische perspectivisch aanzicht is van een uitvoeringsvoorbeeld van een systeem voor warmterecuperatie en voor het reinigen van een uitlaatgas van een verbrandingsproces, is; en

BE2017/5803

FIG. 4 een schematische tekening van een uitvoeringsvoorbeeld van een filtereenheid van een reinigingsinrichting is.

BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

De tekeningen zijn slechts schematisch en niet beperkend. In de tekeningen kan de afmeting van bepaalde elementen groter gemaakt zijn of niet op schaal getekend zijn voor illustratieve doeleinden. Verwijzingscijfers in de conclusies mogen niet uitgelegd worden als een beperking van de beschermingsomvang. In de tekeningen verwijzen dezelfde verwijzingscijfers naar dezelfde of analoge elementen.

FIG. 1 illustreert een uitvoeringsvoorbeeld van een systeem voor warmterecuperatie en voor reiniging van een uitlaatgas G1 van een verbrandingsproces. Het systeem omvat een eerste boiler 100, een reinigingsinrichting 200 en een tweede boiler 300. Optioneel kan een tweede reinigingsinrichting (niet getoond) voorzien zijn stroomafwaarts van de tweede boiler 300. De eerste boiler 100 is ingericht voor het ontvangen van een uitlaatgas G1 van een verbrandingsproces en om werkzaam te zijn in een eerste temperatuursbereik. De reinigingsinrichting 200 is stroomafwaarts van de eerste boiler 100 gepositioneerd voor het ontvangen van uitlaatgas G2 dat doorheen de eerste boiler 100 is gepasseerd; en is ingericht om werkzaam te zijn in een tweede temperatuursbereik. De tweede boiler 300 is stroomafwaarts van de reinigingsinrichting 200 gepositioneerd om een gereinigd uitlaatgas G3 te ontvangen van de reinigingsinrichting 200; en is ingericht om werkzaam te zijn in een derde temperatuursbereik dat lager is dan het eerste temperatuursbereik waarin de eerste boiler 100 werkzaam is. De optionele tweede reinigingsinrichting is stroomafwaarts van de tweede boiler 300 gepositioneerd voor het ontvangen van uitlaatgas dat doorheen de tweede boiler 300 is gepasseerd; en is ingericht om in een vierde temperatuursbereik werkzaam te zijn dat lager is dan het tweede temperatuursbereik.

Het tweede temperatuursbereik waarin de reinigingsinrichting 200 werkzaam is, is bij voorkeur tussen 300 en 500°C, meer bij voorkeur tussen 325 en 475 °C, nog meer bij voorkeur tussen 350 en 450 °C. Het eerste temperatuursbereik waarin de eerste boiler werkzaam is, is bij voorkeur groter dan 300°C, meer bij voorkeur groter dan 325 °C, nog meer bij voorkeur groter dan 350 °C, bijvoorbeeld tussen 1200 °C en 350 °C. Het derde temperatuursbereik waarin de tweede boiler 300 werkzaam is, kan lager zijn dan 400 °C, meer bij voorkeur lager dan 350 °C, bijvoorbeeld tussen 100 °C en 350 °C. Zowel in de eerste boiler 100 als in de tweede boiler 200 wordt boilertoevoerwater (boiler feed water, BFW) omgezet in stoom. Het vierde temperatuursbereik kan lager zijn dan 300 °C, bijvoorbeeld lager dan 200 °C, of zelfs lager dan 150 °C.

BE2017/5803

Gebruikmakend van het systeem van FIG. 1, kan de warmterecuperatie en het verwijderen van verontreinigende stoffen uit uitlaatgassen G1 van een verbrandingsproces, geoptimaliseerd worden, zodanig dat een hogere energie-efficiëntie wordt verkregen door zowel meer warmterecuperatie in de eerste en tweede boiler 100, 300 en minder parasitaire belasting (energieverbruik en -verliezen) voor rookgasreiniging in de reinigingsinrichting 200. Verder kunnen lage emissieniveaus bereikt worden in de behandelde uitlaatgassen.

FIG. 2 illustreert een meer gedetailleerd uitvoeringsvoorbeeld van een systeem voor warmterecuperatie en voor het reinigen van een uitlaatgas G1 van een verbrandingsproces. Zoals getoond is in FIG. 1 omvat het systeem een eerste boiler 100, een reinigingsinrichting 200 en een tweede boiler 300. Het uitlaatgas G1 is beschikbaar bij een uitlaat van een verbrandingsinrichting 1000, en deze uitlaat is verbonden met een inlaat van de eerste boiler 100. De verbrandingsinrichting 1000 ontvangt een afvalstroom die een vaste, vloeibare of gasvormige afvalstroom W kan zijn. Deze afvalstroom W wordt onderworpen aan een verbrandingsproces gebruikmakend van lucht A, voor het produceren van uitlaatgas G1 en bodemas. Optioneel kan kalksteen of kalk geïnjecteerd worden in de verbrandingskamer 1000. Een geschikte verbrandingsinrichting 1000 wordt geopenbaard in Belgische octrooiaanvraag met aanvraagnummer BE 2017/5796 op naam van aanvraagster, welke aanvraag hier opgenomen is door verwijzing. Vast afval en/of slib wordt typisch thermisch verwerkt in de verbrandingskamer, bijvoorbeeld een draaioven, waar de brandbare fractie vergast en “afgebrand” wordt van de inerte fractie. De inerte fractie en de restanten (bodemas) kunnen verzameld en verwijderd worden. De temperatuur in de verbrandingskamer wordt gecontroleerd op een vooraf gedefinieerde instelling, bijvoorbeeld tussen 850 °C en 1000 °C door een verbrandingsluchtstroom. Om de rookgassnelheid te beperken, kan de verbrandingskamer werken in een gereduceerde modus (luchttekort). Het op die manier verkregen “syngas” dat de verbrandingskamer verlaat kan naverbrand worden in een syngasverbrandingskamer, waar secundaire lucht geïnjecteerd kan worden. Deze secundaire lucht wordt typisch geïnjecteerd bij een hoge snelheid op verschillende punten van de syngasverbrandingskamer om een optimale menging tussen het warme syngas en de koude secundaire lucht mogelijk te maken. De warme gassen die de verbrandingskamer verlaten, bijvoorbeeld bij een temperatuur van 850 tot 1000 °C lopen doorheen de syngasverbrandingskamer. In een doeltreffende zone van de syngasverbrandingskamer kan de temperatuur hoger zijn dan 850 °C, bijvoorbeeld tijdens 1 tot 3 seconden om een doorbranding te waarborgen. De verbrandingsinrichting 1000 is bij voorkeur zodanig ontworpen dat de syngas verbranding plaats kan vinden bij een temperatuur die hoger is dan 1100 °C tijdens bijvoorbeeld meer dan 2 seconden indien meer dan 1 gew% [Cl] aanwezig is in het afval. Indien nodig kan de temperatuur van de rookgassen die de draaioven verlaten verder verhoogd en gecontroleerd worden

BE2017/5803 zodanig dat deze hoger is dan 1100 °C. Vaste assen en optioneel gesmolten assen en zouten kunnen de verbrandingskamer 1000 verlaten, bijvoorbeeld via een conische bodem in een daaronder gelegen extractortank. Een kettingtransporteur, bijvoorbeeld tenminste gedeeltelijk ondergedompeld in de extractortank, kan verder het verbrandingsresidu transporteren in een open verwijderbare container. Een constant waterniveau in de extractortank kan een luchtdichtheid garanderen en de ongewenste inlaat van lucht vermijden. Het verbrandingsresidu gloeit nog wanneer dit de verbrandingskamer 1000 verlaat. Het water in de extractortank kan het residu afkoelen en het afbraakproces verder stabiliseren.

Hoewel hierboven een specifiek type verbrandingsinrichting werd beschreven, begrijpt de vakman dat de uitvinding ook nuttig is voor andere types verbrandingsinrichtingen die uitlaatgassen produceren bij een relatief hoge temperatuur.

De eerste en derde temperatuursbereiken die de voorkeur genieten in de eerste en tweede boiler 100, 300 die hierboven vermeld zijn voor FIG. 1, zijn ook van toepassing voor de uitvoeringsvorm van FIG. 2. Optioneel kan kalk, kalksteen of bicarbonaat geïnjecteerd worden bij de gang van de eerste hoge temperatuursboiler 100, alvorens de uitlaatgassen G2 de reinigingsinrichting 200 binnengaan.

In de uitvoeringsvorm van FIG. 2 omvat de reinigingsinrichting 200 een filtereenheid 210 en een selectieve katalytische reductie inrichting 220 die ingericht is om een selectief katalytisch reductieproces uit te voeren op het uitlaatgas dat de filtereenheid 210 verlaat. De filtereenheid 210 kan een keramisch filter omvatten. De keramisch filter 210 is bij voorkeur stroomopwaarts van de selectieve katalytische reductie inrichting 220 geplaatst.

In de uitvoeringsvorm van FIG. 2 is een boiler reinigingssysteem 150 voorzien dat ingericht is om neerslag van het uitlaatgas van de eerste boiler 100 te verwijderen. Het boiler reinigingssyteem 150 kan bijvoorbeeld een blaasinrichting bevatten die bijvoorbeeld gas onder druk in de lijnen van de eerste boiler te blazen voor het verwijderen van neerslag van het eerste uitlaatgas Gl.

Het systeem van FIG. 2 omvat verder een hercirculatielijn 400 die verbonden is tussen een uitlaat van de tweede boiler 300 en een inlaat van de eerste boiler 100; en een controlemiddel 450 voor het controleren van een stroom door de hercirculatielijn 400 in functie van een gewenste temperatuur van het uitlaatgas in de eerste boiler. Het controlemiddel 450 kan een klep omvatten. Op die manier kan een geschikte hoeveelheid van een kouder uitlaatgas G4 dat de tweede boiler

BE2017/5803

300 verlaat, geïnjecteerd worden in het uitlaatgas G1 dat de verbrandingsinrichting 1000 verlaat, om de temperatuur van uitlaatgas G1 te verlagen.

Het systeem van FIG. 2 omvat verder een wasser 500 die stroomafwaarts van de tweede boiler 300 gepositioneerd is en die ingericht is om het gereinigd uitlaatgas G4 dat afkomstig is van de tweede boiler 300 in contact te brengen met een wasmateriaal. De wasser 500 is bij voorkeur ingericht om één of meer van de volgende samenstellingen te gebruiken voor het wassen: kalk, kalksteen, bijtende soda, natriumbicarbonaat. De wasser 500 kan bijvoorbeeld een natte alkalische wasser zijn. De wasser 500 omvat bij voorkeur een afvalwaterlijn 550 die verbonden is tussen de wasser 500 en een geleiding tussen een uitlaat van de eerste boiler 100 en een inlaat van de filtereenheid 210, zodanig dat het afvalwater verdampt en eventuele reagentia ervan, zoals zouten, opgevangen worden in de filtereenheid 210.

Het systeem van FIG. 2 omvat verder een gas vrij gave inrichting 700 zoals een afzuigventilator, stroomafwaarts van de tweede boiler 300 en een controlemiddel (niet getoond) dat ingericht is voor het controleren van de gasvrijgave inrichting 300 voor het verkrijgen van een vooraf bepaalde druk in de verbrandingsinrichting 1000. Op die manier kan de installatie op een onderdruk gehouden worden en kan gewaarborgd worden dat in hoofdzaak alle rook afgevoerd worden in de verbrandingsinrichting.

In de eerste boiler 100, ook genaamd hoge temperatuurs (HT) boiler, wordt warmte gerecupereerd uit het uitlaatgas G1 in het eerste temperatuursbereik. De eerste boiler 100 kan een pijpketel zijn, die optioneel voorzien is van een zogenaamde superverwarmer. Een dergelijke pijpketel met superverwarmer omvat een verdampingssectie waarin stoom wordt geproduceerd, en een verwarmingsmiddel voor het verder verwarmen van de verdampingssectie om te waarborgen dat in hoofdzaak geen druppels aanwezig zijn in de stoom en dat in hoofdzaak geen druppels gevormd worden tijdens de drukverlaging en/of temperatuurverlaging. De pijpketel kan een rookpijpketel (lagedrukstoom) of een waterpijpketel (hogedrukstoom) zijn. Een rookpijpketel kan ingericht zijn voor het produceren van stoom tot ongeveer 30 bar en wordt typisch gebruikt voor stoom tot ongeveer 20 bar. Meestal wordt enkel gesatureerde stoom geproduceerd (geen superverwarming). Een waterpijpketel kan ingericht zijn voor het produceren van stoom tussen ongeveer 5 en 500 bar en voor afvaltoepassingen wordt meestal ongeveer 40 bar gebruikt, maar de druk kan ook slechts 30 bar zijn of 100 bar. Een typisch bereik is ongeveer 30-70 bar en nog typischer ongeveer 40-65 bar.

BE2017/5803 Een rookpijpketel is typisch geschikt voor lage tot matige stofgehaltes (typisch minder dan lg/Nm³of lager, zodanig dat de as niet kleverig en poederachtig is) welke laag zijn in alkalische zouten en zuren en hogere smeltpunten. Typische toepassingsgebieden zijn papierafval, verbranding van niet vervuild hout, en papierslib. Voorkeursuitvoeringsvormen van een rookpijpketel hebben pijpen met een beperkte lengte die kleiner is dan 6 meter, en een relatief grote doorsnede (de verhouding van de lengte over de diameter is bij voorkeur lager dan 4:1, meer bij voorkeur lager dan 3:1). Een dergelijke eerste boiler 100 kan gebruikt worden in combinatie met een gritstraal reinigingssysteem 150. Een dergelijk reinigingssysteem 150 omvat een persluchtreservoir met lucht onder druk, een aantal spruitstukken die verbonden zijn met het persluchtreservoir met perslucht, bijvoorbeeld één spruitstuk per 4 tot 8 pijpen van de waterpijpketel 100, en een aantal kleppen om de perslucht vrij te geven in de pijpen, zodanig dat een pneumatische puls, i.e. een schokgolf, doorheen de pijpen gaat en de stofdeeltjes van de inwendige oppervlakken van de pijpen schudt. Stofdeeltjes kunnen meegevoerd worden met het uitlaatgas en de persluchtstroom naar een hopper. Het reinigen van de eerste boiler 100 kan gebeuren op ingestelde tijdsintervallen maar kan ook gecontroleerd worden door een drukvalmeting over de eerste boiler. Indien de drukval een bepaalde waarde overschrijdt kan het reinigen geactiveerd worden voor een gedefinieerde tijdsperiode. Deze tijdsperiode kan bepaald worden door de operator op basis van de ervaring bij het runnen van de plant.

Een waterpijpketel is typische geschikt voor hoge stofgehaltes (typisch 100 g/Nm³ maar deze waarde kan ook hoger zijn; een typisch bereik is 1-15 g/Nm³). Die typische toepassingsgebieden zijn brandstof uit afval (refuse-derived fuel, RDF), afvalhoutverbranding, gemengd vast industrieel afval, waaronder hospitaalafval. Het verbrandingssysteem 150 dat gebruikt wordt in combinatie met een dergelijke boiler kan een in-situ dust verwijderingssysteem zijn dat persluchtroetblazers gebruikt.

De eerste temperatuursboiler 100 is bij voorkeur ingericht om te werken bij een uitlaatgas inlaattemperatuur die kleiner is dan 1200 °C. Om constructieve redenen van de eerste boiler 100 en het reinigingssysteem 150 daarvan, kan de uitlaatgastemperatuur bij de inlaat van de eerste boiler 100 gecontroleerd worden binnen een vooraf bepaald temperatuursbereik, bijvoorbeeld bij 1200 °C, door het injecteren van gehercirculeerd uitlaatgas, zie lijn 400, vanaf een locatie die stroomafwaarts van de tweede lage temperatuursboiler 300 ligt zoals hierboven is uiteengezet.

Voordat de uitlaatgassen de filtereenheid 210 binnengaan voor het ontstoffen, kunnen droge sorptiemiddelen geïnjecteerd worden in de uitlaatgassen om de zuren te neutraliseren en om zware metalen te absorberen (indien van toepassing). Adsorptiemiddelen zoals kleimineralen of zeolieten kunnen bijvoorbeeld geïnjecteerd worden stroomopwaarts van de filtereenheid 210. De

BE2017/5803 reactieproducten van de droge reiniging worden opgevangen op de filterelementen en kunnen verzameld worden in hoppers van de filtereenheid 210 zoals hieronder in detail wordt uiteengezet.

Optioneel kan een deel van deze residu’s geïnjecteerd worden in de uitlaatgassen om te waarborgen dat niet-gereageerde reagentia gerecupereerd worden, zodanig dat het totaal gebruik van sorptiemiddelen wordt geminimaliseerd.

Zoals getoond in FIG. 4 kan de filtereenheid 210 een Stoffilter zijn. Vaste deeltjes kunnen gescheiden worden van de uitlaatgassen in het Stoffilter 210. Het Stoffilter kan bestaan uit een aantal compartimenten 211 die elk voorzien zijn van een hopper 212 onder de filterelementen 213, en een zuivere luchtkamer 214 boven de filterelementen 213, bijvoorbeeld candles 213. Tijdens het filtreren treden met stofdeeltjes beladen uitlaatgassen G2 binnen in de hopper 212, waarna deze gelijkmatig omhoog stijgen rond de filterelementen 213. Hierbij worden stofdeeltjes neergeslagen op een buitenoppervlak van elk filterelement 213, waarbij enkel zuivere lucht doorheen de filterelementen kan passeren en de filterelementen 213 kan verlaten. Elk compartiment 211 kan zodanig ontworpen zijn dat het geïsoleerd kan zijn van de uitlaatgasstroom, bijvoorbeeld door kleppen die geplaatst zijn tussen de collector bij de inlaat van de filter en bij elk compartiment 211. Tijdens het reinigen zijn de filterelementen 213 geïsoleerd van de rookgasstroom en kan de stofkoek in bepaalde periodes losgemaakt worden door een korte perslucht puls die geïnjecteerd wordt vanaf een persluchtreservoir 215 na elkaar in elke rij filterelementen 213, waarna de stofkoek rechtstreeks in de hopper 212 valt. De reinigingsperiodes kunnen gecontroleerd worden door de drukval over de filtereenheid 210. De losgemaakte stofkoek wordt verzameld in de filterhoppers 212, en verder af gevoerd bijvoorbeeld doorheen een stel gesloten schroeftransporteurs (niet getoond) en vervolgens opgeslagen. Een draaiklepluchtsluis stroomafwaarts van de laatste schroef verhindert een ongecontroleerd binnentreden van verse lucht wanneer de filter onder druk werkzaam is. De filtereenheid 210 is bij voorkeur thermisch geïsoleerd en warmte gecontroleerd (in het bijzonder de hoppers 212) om uitlaatgascondensatie en corrosie te vermijden.

Optioneel kan het keramisch filter 210 voorzien zijn van katalytische candles 213 bijvoorbeeld voor het verwijderen van NOx (SCR deNOx type katalysator die ingebed is in de candles) om persistente chemicaliën zoals dioxines, furanen en polychloorbifinenen (PCB’s) te oxideren.

Het gefilterd uitlaatgas G2 dat de filtereenheid 210 verlaat wordt gestuurd naar een selectieve katalytische reductie (SCR) en/of oxidatie inrichting 220. Tijdens het SCR proces (Selectieve Katalytische Reductie) wordt NOx dat nog aanwezig is in de uitlaatgassen G2’ die de filtereenheid 210 verlaten, gereduceerd tot N2 en H2O door het toevoegen ammonia of urea oplossingen of een

BE2017/5803 ander NH3 genererend reagens in de aanwezigheid van een katalysator, zoals in het volgend reactieschema:

ANO + ANH, + O₂ > AN₂ + 6H₂O

2NO₂ + ANH-, + O₂ >3N₂ + 6H₂O

Het ammonia of de urea oplossing kan geatomiseerd worden in de uitlaatgassen G2’ gebruikmakend van perslucht. De hoeveelheid reagensoplossing (waterachtig ammonia en/of urea oplossing) kan gecontroleerd worden door de gemeten NOx emissies. De SCR inrichting 220 is bij voorkeur geïnstalleerd stroomafwaarts van de filtereenheid 210, welke beiden werkzaam zijn bij een temperatuur die hoger is dan 350 °C. Dit heeft de volgende voordelen:

optimale werktemperatuur voor SCR;

de katalysator wordt geïnjecteerd in een “zuivere” uitlaatgasstroom G2’, waardoor het risico op katalytische erosie (veroorzaakt door stof in de uitlaatgassen), vergiftiging en deactivatie, aanzienlijk wordt verlaagd. In tegendeel, in oplossingen van de stand van de techniek die werken onder 250 °C, veroorzaakt ammoniasulfaat dat zich vormt op de katalysator een blokkeren van de katalysator.

De selectieve katalytische reductie (SCR) en/of oxidatie inrichting 220 kan een katalytische reactor met een denox en/of dediox katalysator zijn om een dioxine en furan oxidatie toe te laten gebruikmakend van de resterende zuurstof in het rookgas als oxidant en gebruikmakend van de katalysator voor het waarborgen van destructie bij lage temperatuur.

De tweede lage temperatuurs (LT) boiler 300 kan ingericht zijn om te werken met een uitlaatgas inlaattemperatuur onder 450 °C, bijvoorbeeld tussen 350 °C en 425 °C. De tweede boiler 300 kan een rookpijpketel of een waterpijpketel zijn en kan ook voorzien zijn van een reinigingssysteem. Optioneel kan de tweede boiler een economiser bevatten. De uitlaatgas uitlaattemperatuur bij de uitlaat van de tweede boiler 300 is bij voorkeur lager dan 150 °C.

Zoals hierboven werd uiteen gezet kunnen optioneel één of meer wassers 500 voorzien zijn stroomafwaarts van de tweede boiler 300, met of zonder reagensinjectie voor neutralisatie, voor verwijdering van zware metalen of voor beide.

Bij de inlaat van de wasser 500 zijn de HC1 concentraties typisch reeds relatief laag aangezien een grote fractie van de zure gassen reeds verwijderd is in de filtereenheid 210. In het geval van hoge chloorconcentraties kan een bijkomende staarteinde uitlaatgasreinigingssysteem zoals een wasser 500 toegevoegd worden om de opgelegde emissieniveau’s voor HC1 te bereiken. In de wasser 500

BE2017/5803 wordt de uitlaatgasstroom in intensief contact gebracht met een wasmateriaal, typisch een vloeistof, met de bedoeling dat bepaalde gasvormige componenten kunnen overgaan van het gas naar de wasvloeistof. In een alkalische wasser, worden zuurvormende componenten verzameld via neutralisatie gebruikmakend van een base (NaOH) als wasservloeistof die leidt tot het vormen van zouten. Het wasserafvalwater dat de zouten bevat kan geïnjecteerd worden in een leiding tussen de eerste hogetemperatuursboiler 100 en de filtereenheid 210; zie lijn 550. Het water verdampt en de reagentia, typisch zouten, worden opgevangen op de filterelementen 213 van stroomafwaarts gelegen filtereenheid 210. Op die manier kan een afvalwater behandelingssysteem worden vermeden.

Bij de uitgang van de wasser 500 worden de zuivere rookgassen vrijgegeven in de atmosfeer door middel van een gas vrij gave inrichting 700 bijvoorbeeld omvattende een frequentie gecontroleerde rookgasafzuigventilator en een uitlaatschouw. De gasvrijgave inrichting 700 kan gecontroleerd worden, bijvoorbeeld door het controleren van de snelheid van de ventilator, om een vooraf ingestelde onderdruk te behouden van de draaioven van de verbrandingsinrichting 1000.

FIG. 3 is een schematisch perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld van een systeem voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces, waarin de eerste boiler 100, de reinigingsinrichting 200 met een filtereenheid 210, en de tweede boiler 300 is getoond.

Hoewel dit niet geïllustreerd is, kan de sequentie volgens een andere uitvoeringsvorm ook zijn “eerste boiler, SCR inrichting, tweede boiler, filtereenheid”. Ook kunnen twee filters gebruikt worden wanneer het verwijderen van zuur in twee stappen gebeurt en wanneer de tweede stap geen natte stap kan zijn. Een typische configuratie zou dan zijn:

1. HT boiler (eerste boiler)

2. Reactor met kalk en zeoliet injectie

3. Eerste filter, bijvoorbeeld een keramisch filter

4. LT boiler (tweede boiler)

5. Reactor met sodiumbicarbonaat of kalk injectie

6. Tweede filter, bijvoorbeeld een doekenfilter

7. ID ventilator en stack

Stappen 5 en 6 kunnen vervangen worden door een natte wasser (één of twee trappen) gebruikmakend van NaOH, CaOH2 of kalksteen als reagens. In dit geval kan de wasser ook gebruikt worden als condenser voor het verwijderen van de laatste energie uit de rookgassen. Bij

BE2017/5803 de uitgang van de tweede boiler (economiser/LT boiler) zal de temperatuur typisch ongeveer 120150 °C zijn, maar bij de uitgang van de wasser kan de temperatuur ongeveer 50-70 °C zijn, en dus resulteren in nog meer energierecuperatie.

Hoewel de principes van de uitvinding hierboven uiteengezet zijn voor specifieke uitvoeringsvormen, zal men begrijpen dat de beschrijving louter werd gegeven bij wijze van voorbeeld en niet mag gezien worden als een beperking van de beschermingsomvang die bepaald wordt door de conclusies in bijlage.

Claims

Conclusies

1. Een systeem voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces, welk systeem omvat:

een eerste boiler (100) ingericht om uitlaatgas G1 van een verbrandingsproces te ontvangen en om in een eerste temperatuursbereik te werken;

een reinigingsinrichting (200) die stroomafwaarts van de eerste boiler is geplaatst voor het ontvangen van uitlaatgas G2 dat doorheen de eerste boiler is gepasseerd; en die ingericht is om te werken in een tweede temperatuursbereik; en een tweede boiler (300) die stroomafwaarts van de reinigingsinrichting is gepositioneerd voor het ontvangen van gereinigd uitlaatgas G3 van de reinigingsinrichting; en die ingericht is om te werken in een derde temperatuursbereik dat lager is dan het eerste temperatuursbereik.
2. Het systeem volgens conclusie 1, verder omvattende een tweede reinigingsinrichting die gepositioneerd is stroomafwaarts van de tweede boiler voor het ontvangen van uitlaatgas dat doorheen de tweede boiler is gepasseerd; en die ingericht is om te werken in een vierde temperatuursbereik dat lager is dan het tweede temperatuursbereik.
3. Het systeem volgens conclusie 1 of 2, waarbij het tweede temperatuursbereik gelegen is tussen 300 en 500 °C, meer bij voorkeur tussen 325 en 475 °C, nog meer bij voorkeur tussen 350 en 450 °C.
4. Het systeem volgens de voorgaande conclusie, waarbij het eerste temperatuursbereik boven 300 °C ligt, meer bij voorkeur boven 325 °C, en nog meer bij voorkeur boven 350 °C.
5. Het systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de reinigingsinrichting een filter (210) omvat.
6. Het systeem volgens voorgaande conclusies waarbij de filter een keramische filter is, die optioneel ingericht is met een geïntegreerde katalytische reactor.
7. Het systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de reinigingsinrichting (200) een selectieve katalytische reductie en/of oxidatie inrichting (220)

BE2017/5803 omvat, die ingericht is om een selectief katalytisch reductieproces uit te voeren op het uitlaatgas.
8. Het systeem volgens conclusie 5 en 7, waarbij de filter stroomopwaarts van de selectieve katalytische reductie inrichting aangebracht is.
9. Het systeem volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende een boiler reinigingssysteem (150) dat ingericht is om neerslag van het uitlaatgas van de eerste boiler te verwijderen.
10. Het systeem volgens de voorgaande conclusie, waarbij het reinigingssysteem (150) een blaasinrichting omvat.
11. Het systeem volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende een hercirculatielijn (400) die verbonden is tussen een uitlaat van de tweede boiler en een inlaat van de eerste boiler; en een controlemiddel (450) voor het controleren van een stroom doorheen de circulatielijn in functie van een gewenste temperatuur van het uitlaatgas in de eerste boiler.
12. Het systeem volgens één der voorgaande conclusies waarbij de tweede reinigingsinrichting een wasser (scrubber) (500) omvat die stroomafwaarts van de tweede boiler is gepositioneerd, en die ingericht is om het gereinigd uitlaatgas dat afkomstig is van de tweede boiler in contact te brengen met een wasmateriaal.
13. Het systeem volgens de voorgaande conclusie waarbij de wasser een alkalische wasser is.
14. Het systeem volgens de voorgaande conclusie waarbij de wasser ingericht is om één of meer van de volgende samenstellingen te gebruiken voor het wassen: kalk, kalksteen, bijtende soda, natriumbicarbonaat.
15. Het systeem volgens conclusie 14 en een van de conclusies 5-6, waarbij de wasser een afvalwaterlijn (550) omvat die verbonden is tussen de wasser en een leiding tussen de eerste boiler en het filter, zodanig dat het afvalwater verdampt, en eventuele reagentia daarvan, zoals zouten, gevangen worden in de filter.
16. Het systeem volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende een verbrandingssysteem (1000) stroomopwaarts van de eerste boiler; waarbij een uitlaatgas uitlaat van

BE2017/5803 het verbrandingssysteem verbonden is met een uitlaatgas inlaat van de eerste boiler.
17. Het systeem volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende een gasvrijgave inrichting (700), zoals een afzuigventilator, stroomafwaarts van de tweede boiler, en een controlemiddel dat ingericht is voor het controleren van de gas vrij gave inrichting voor het verkrijgen van vooraf bepaalde druk in het verbrandingssysteem.
18. Een werkwijze voor warmterecuperatie en reiniging van een uitlaatgas van een verbrandingsproces, welke werkwijze omvat:

het recupereren van een eerste hoeveelheid warmte uit een uitlaatgas G1 van een verbrandingsproces bij een eerste temperatuur voor het verkrijgen van een uitlaatgas G2 bij een verlaagde tweede temperatuur;

het reinigen van het uitlaatgas G2 bij de verlaagde tweede temperatuur voor het verkrijgen van een gereinigd uitlaatgas G3; en het recupereren van een tweede hoeveelheid warmte uit het gereinigd uitlaatgas G3 voor het verkrijgen van een uitlaatgas G4 bij een verder verlaagde temperatuur.
19. De werkwijze volgens conclusie 18, verder omvattende: het reinigen van het uitlaatgas G4 bij de verder verlaagde derde temperatuur voor het verkrijgen van een verder gereinigd uitlaatgas G5.
20. De werkwijze volgens conclusie 18 of 19, waarbij de tweede temperatuur gelegen is tussen 300 en 500 °C, meer bij voorkeur tussen 325 en 475 °C, nog meer bij voorkeur tussen 350 en 450 °C.
21. De werkwijze volgens de voorgaande conclusie, waarbij de eerste temperatuur hoger is dan 300°C, meer bij voorkeur hoger dan 325 °C, nog meer bij voorkeur hoger dan 350 °C.
22. De werkwijze volgens één der conclusies 18 tot 21, waarbij het reinigen een selectief katalytisch reductieproces omvat.
23. De werkwijze volgens één der conclusies 18 tot 22, waarbij het reinigen het filtreren van stofdeeltjes uit het uitlaatgas G2 omvat.

BE2017/5803
24. De werkwijze volgens conclusie 22 en 23, waarbij het filtreren van stofdeeltjes stroomopwaarts van het selectief katalytisch reductieproces uitgevoerd wordt.
25. De werkwijze volgens één der conclusies 18 tot 24, verder omvattende het

5 hercirculeren van een gecontroleerde stroomuitlaatgas G4 bij de derde temperatuur naar het uitlaatgas G1 bij de eerste temperatuur in functie van een gewenste temperatuur van het uitlaatgas Gl.