DK168499B1 - Fremgangsmåde og apparat til forbrænding eller forgasning af brændstof i et hvirvellag - Google Patents

Description

i DK 168499 B1

Opfindelsen angår en hvirvellagsfremgangsmåde til forgasning og forbrænding af brændstoffer i adskilte og forskelligt fluidiserede zoner, som omfatter: til føring af brændstoffet i en tørre- og pyrolysezone 5 med forholdsvis svagere fluidisering, hvori de faste stoffer transporteres nedad; overføring af de nævnte faste stoffer fra et nedre område i den nævnte tørre- og pyrolysezone til et nedre område i en forbrændingszone med forholdsvis kraftigere 10 fluidisering, hvori de faste stoffer transporteres opad; drift af forbrændingszonen som hurtigt eller turbulent hvirvellag; transport af de nævnte faste stoffer opad i den nævnte forbrændingszone til over højden af en bed i den nævnte 15 tørre- og pyrolysezone; cirkulation og tvangsomstyring af de nævnte faste stoffer fra det øvre område af den nævnte forbrændingszone nedad mod den nævnte bed i den nævnte tørre- og pyrolysezone som en regn af faststofpartikler; 20 direkte dosering af brændstoffet ind i den nævnte par tikelregn; føring af gasser, som forlader den nævnte forbrændingszone, som en strømningsimpuls ind i en turbulenszone, i hvilken der gennemføres en efterforbrænding; og 25 indstilling af temperaturen i den nævnte efterfor- brændingsturbulenszone ved styring af fordelingen af den totale mængde af fluidiseringsgas over den nævnte forbrændingszone og den nævnte tørre- og pyrolysezone.

Temperaturen i efterforbrændingszonen kan i den for-30 bindelse alternativt eller yderligere også styres ved tilsætning af en oxygenbæregas i området ved faststofpartikel-regnen.

En hvirvellagsfremgangsmåde til forgasning og forbrænding af brændstoffer i adskilte og forskelligt fluidi-35 serede zoner og et apparat til udøvelse heraf er kendt fra EP-A nr. 202.215. Her sker der en vertikal bedcirkulation om DK 168499 B1 2 en skillevæg på grund af forskellig fluidisering, idet brænd-materialet doseres ind i den på grund af den ringere fluidisering nedad rettede bedstrøming. Det angives, at påfyldningen kan ske under eller over bedoverfladen. Som påfyld-5 ningsindretning nævnes blandt andet faldsliske. Endvidere anføres det, at området for brændstoftilførsel kan drives med understøkiometrisk oxygentilførsel, således at forbrændingen kan gennemføres trinvis. Med andre ord indtræder der i det langsomme hvirvellag overvejende tørring og pyrolyse.

10 Ved denne fremgangsmåde er de forskelligt fluidiserede zoner indre zoner i et enkelt hvirvellag, i hvilke der opstår et inderkredsløb ved uforandret bedhøjde over hvirvellagets tværsnit. Adskillelsen mellem zonerne sker ved hjælp af en skillevæg, hvis overkant ender langt under bedniveauet.

15 Denne metode tillader kun en langsom bevægelse af bedmaterialet, som ikke er tilstrækkelig til en ensartet brændstoffordeling i beden inden for et antageligt tidsrum, og tillader altså især ikke ved hurtigt afgassende brændstoffer en ensartet tværsnitspåfyldning. Endvidere tillader den 20 kendte konstruktion kun et gasudløb over den for alle zoner fælles bedoverflade, således at dels er en tilstræbt påvirkning af en udvalgt zone i hvirvelbeden ikke mulig, og dels hersker der ovenover bedoverfladen uens forhold over bed-tværsnittet, således at der optræder gasstrømme med forskel-25 lige sammensætninger.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er hvirvellaget udformet således, at den nederste forbindelse mellem de forskelligt fluidiserede zoner ganske vist forbliver ens, men den kraftigere fluidiserede forbrændingszone drives som 30 turbulent eller hurtig hvirvelzone, således at faststofstrømmen i- denne zone køres væsentligt over bedniveauet i den svagere fluidiserede tørre- og pyrolysezone og opad og derefter tvangsomstyres således, at en partikelregn falder ned på bedoverfladen i tørre- og pyrolysezonen, i hvilken 35 brændstoffet inddoseres og ved hjælp af hvilken brændstoffet indblandes i bedmaterialet, medens de fra forbrændingszonen DK 168499 B1 3 udstrømmende gasser efter at være adskilt fra faststofferne igen omstyres, således at der opstår en turbulent efterfor-brændingszone, i hvilken fortrinsvis også de fra den svagere fluidiserede tørre- og pyrolysezone opstrømmende gasser 5 forbrændes.

En tilsvarende fremgangsmåde med apparat er beskrevet i DE-OS 2710522, ved hvilken faststoftilførselen sker ved siden af partikelregnen parallelt med denne. Ifølge opfindelsen indføres imidlertid i partikelregnen, hvorved ind-10 føringsretningen fortrinsvis danner en vinkel i forhold til faldretningen. Yderligere er der ifølge dette skrift ikke tilvejebragt en turbulent efterforbrændingszone.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen udføres fortrinsvis således, at højden af forbrændingszonen er 2 til 20 gange 15 højden af tørre- og pyrolysezonen.

Der kan herved gås frem således, at gasserne, som forlader tørre- og pyrolysezonen udtrækkes, inden de blandes med gasserne, der forlader forbrændingszonen.

Som nævnt drives forbrændingszonen som hurtigt eller 20 turbulent hvirvellag. Udtrykket "hurtig" er et fagudtryk inden for hvirvellagssektoren og meget ofte anvendes også alternativt udtrykket "turbulent". Drives et hvirvellag på sædvanlig måde "langsomt", så fremkommer der en mere eller mindre tæt zone med en overflade, som ganske vist fluktuerer 25 ved hjælp af optrædende gasblærer (bobling), men i øvrigt ikke er godt defineret. Ved at forhøje gasgennemstrømningen til "hurtig" driftsmåde, lader denne overflade sig ikke længere definere, og man antager, at i "hurtig" tilstand af hvirvellaget forekommer udbrud eller klynger med højere 30 faststofkoncentration i et kontinuum med ringere faststofkoncentration, idet disse udbrud i hvirvellaget løftes op i en mindre tæt zone og derefter atter falder tilbage i en tættere zone, og der indstiller sig en tilsvarende dynamisk ligevægt. Som litteratur i denne forbindelse kan anføres: 35 D. Geldart & M.J. Rhodes, From Minimum Fluidization to Pneumatic Transport - A Critical Review of the Hydrodynamics DK 168499 B1 4 M. Kwauk, W. Ningde u.a., Fast Fluidization at ICM begge: Circulating Fluidized Bed Technology, P. Basu Pergamon Press, Halifax 1985 J.M. Matsen, The Rise and Fall of Recurrent Particles: Hydro-5 dynamics and Circulation M. Horio u.a., Solid Distribution and Movement in Circulating Fluidized Beds, 2nd Int. Conf. on Circulating Fluidized Beds, Mårz 1988, Compiegne L. Stromberg, Operational Modes for Fluidized Beds, Studsvik AG., Schweden 1979.

10 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen drives hen sigtsmæssigt det langsommere hvirvellag i tørre- og pyroly-sezonen i nærheden af sit løsningspunkt med et fluidiserings-tal i området fra 1 til 5, fortrinsvis 1 til 2. Fluidise-ringstallet er multiplet af den såkaldte løsningshastighed 15 ifølge Ergun (Chemical Engineering Progress 48 (1952) s. 89/94).

Hvirvellaget i forbrændingszonen drives især med et fluidiseringstal i området fra 10 til 140, især fra 20 til 140 og fortrinsvis fra 70 til 140. Overgangen fra langsom 20 til hurtig sker omtrent ved et fluidiseringstal på 10 til 15 afhængigt af blandt andet kornstørrelsesfordelingen i beden. I særlige tilfælde kan overgangen allerede begynde ved fluidiseringstal på ca. 4.

Endvidere foretrækkes det at 60 til 95% af fluidise-25 ringsgasvolumenet indblæses i forbrændingszonen.

Det er endvidere ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen gunstigt, at 20 til 200 kg m“2 see-1 faststof, henført til forbrændingszonens tværsnit, tilbageføres fra forbrændingszonen som partikelregn.

30 Den fra forbrændingszonen udtrædende gas, efter for udgående tvangsomstyring sammen med de af gassen medførte faststoffer omstyres med fordel på kendt måde i hovedsagelig horisontal retning, idet gassen med høj hastighed, fortrinsvis med 10 til 30 m see"1 rettes mod det nederste område af 35 efterforbrændingsturbulenszonen.

I efterforbrændingsturbulenszonen, hvor i hvert fald DK 168499 B1 5 faststofpartikler og hensigtsmæssigt også den fra tørre- og pyrolysezonen udstrømmende brændbare gas, især også ved yderligere tilsætning af en oxygenbæregas forbrændes fuldstændig i partikelregnens område, indstilles fordelagtigt 5 en middelopholdstid på 0,1 til 2 sekunderlængere opholdstider er mulige, men foretrækkes ikke.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan gasformige, flydende, pastaagtige eller faste brændstoffer, især af de mest forskellige affaldsstoffer, såsom husholdningsaffald, 10 brændsel af skrald, slam fra rensningsanlæg og affald fra papirindustrien eller spildolier bearbejdes.

Omstyreindretninger deler den fra det hurtige hvirvellag udtrædende gas-faststofblanding i en næsten partikelfri gasstrøm og en nedadrettet faststofstrøm, som i form af 15 en partikelregn falder ned på overfladen af det langsomme hvirvellag i det første område.

Denne partikelregn udnyttes til at indblande det indførte brændstof i hvirvellaget, og til at hindre opstigning af brændstofpartikler. I afgangszonen sker på grund af 20 den for hvirvellag karakteristiske høje varmetransmission en hurtig tørring og afgasning ved temperaturer i et område fra ca. 500 til 1000°C (fortrinsvis fra 650 til 900'C).

Med den ved den forskellige fluidisering fremkaldte nedadrettede materialebevægelse når brændstoffet til sidst 25 ind i det andet område, hvor der sker en forbrænding med oxygenoverskud.

Hele bedmaterialet kan inden for et tidsrum på mellem ca. 10 og 120 sekunder omstyrtes fuldstændigt én gang. Den med bedmaterialepartiklerne ud af det hurtige fluidiserede 30 område transporterede varme er fuldt ud tilstrækkelig til at holde tørre- og forgasningsreaktionen i området ved brændstoftilførselszonen i gang. Denne virkning gør det for første gang muligt også i et hvirvellag at forbrænde brændstoffer med et højt indhold af flydende bestanddele, som f.eks. hus-35 holdningsaffald eller slam fra rensningsanlæg med ringe brændværdi som f.eks. 5,0 MJ/kg, autothermt, dvs. uden anven- DK 168499 B1 6 delse af et tilsætningsbrændstof eller uden luftforvarmning.

Ved brændstoffer med højere brændværdier bortledes hensigtsmæssigt en del af varmen over vægvarmeflader i hvirvelbeden.

De fra zonen med høj fluidiseringshastighed udtrædende 5 forbrændingsgasser, der i regelen indeholder endnu fri oxygen, møder fortrinsvis over det første område de der opstigende pyrolysegasser og blandes intimt med disse som følge af den høje hastighed og den dermed forbundne kraftige turbulens. I dette område forbrændes de fra den første zone 10 udtrædende afgasningsprodukter fuldstændigt inden for en middelopholdstid på fra f.eks. 0,1 til 2,0 sekunder. Mængderne af og energiindholdet i pyrolysegasserne afhænger af brændstof egenskaberne, især af indholdet af flygtige bestanddele, men også af forbrændingsluftens opdeling over de 15 to områder. Den i denne forbrændingszone ved afgasningspro-dukternes reaktion frigivne energimængde kan i afhængighed af brændstoffet indstilles til f.eks. mellem 5 og 50% af den samlede gennem brændstoffet tilførte energimængde. Den kan blandt andet benyttes til at forhøje temperaturen i efter-20 brændingszonen til de til termisk bortskaffelse af giftigt affald i visse lande lovbefalede temperaturer på over 1200"C.

Dersom en sådan høj temperatur ikke kræves, er det fordelagtigt at holde røggassen i denne gennemblandingszone på 800-900°c, for at undertrykke termisk dannelse af N0X og 25 samtidig opnå en fuldstændig forbrænding. Dette kan dels opnås ved at anbringe strålevarmeflader og dels også ved passende indstilling af forbrændingsluftfordelingen.

De substantielle forbedringer ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er udledt af erfaringer med den kendte 30 hvirvellagsteknologi og udmærker sig over for den kendte hvirvellags-forbrændingsteknologi blandt andet ved en ny udformning af efterbrændingszonen.

Alle hvirvellagstyper har den høje brændstoffleksibilitet fælles. Derimod er det problematisk, at der sæd-35 vanligvis må stilles høje krav til bearbejdningen af brændstoffet. Hvis brændstoffet, som det er sædvanligt ved sta- DK 168499 B1 7 tionære hvirvellagsanlæg, nedkastes fra oven på hvirvelbeden, må brændstoffet have et vis kornspektrum for at sikre en ensartet brændstoffordeling. Ved denne påfyldningsmetode medrives fine dele eller lette stoffer af røggassen og ind-5 blandes derfor ikke i hvirvellaget. Da hvirvellaget forholder sig på lignende måde som en væske, er der risiko for at specifikt lette brændstoffer svømmer bort på hvirvellaget.

Disse ulemper kan imødegås ved indfyldning af brændstoffet direkte i hvirvelbeden. Herved må brændstoffet imid-10 lertid transporteres mod bedtrykket. Driftssikkerheden hos de dertil nødvendige tætningsorganer kræver en omhyggelig tilberedelse af brændstoffet, og desuden kan en tilstrækkelig fordeling af brændstoffet i hvirvellaget ikke sikres på denne måde.

15 En direkte indføring af brændstoffet i det underste område af et hurtigt hvirvellag er i praksis kun mulig ved afgassede værdifulde brændstoffer som f.eks. kokspulver ifølge DE-OS nr. 27 36 493.

Et andet problemkompleks forligger med hensyn til 20 den ensartede fordeling af brændstof og additiverne til binding af skadelige stoffer. En ensartet fordeling er en forudsætning for optimal forbrænding og emissionsreduktion.

Ved punktuel tilsætning af brændstof er hvirvellagets naturlige bevægelse i regelen ikke tilstrækkelig til opnåelse af 25 en god fordeling. Man har derfor grebet til forskellige foranstaltninger for at løse dette problem. Anvendelsen af en indkastningsføder stiller store krav til brændstoftilberedningen. Benyttelsen af pneumatiske transportsystemer, som på talrige steder indfører brændstof i beden, indskrænker 30 sig til tørre brændstoffer med ringe kornstørrelse. Fødeor-ganer, som transporterer brændstoffet direkte ind i beden, kan kun forsyne zonerne nær væggen, hvorfor størrelsen af hvirvelbeden er stærkt begrænset.

For at kunne udnytte den ved forbrændingen af brænd-35 stoffet frigivne energi i hvirvelbeden og for fuldt ud at opnå virkningen af diverse emissionsmindskende adsorbenser, DK 168499 B1 8 er en hurtig indblanding og en god fordeling af disse stoffer i hvirvelbeden påkrævet. Der er hertil allerede udført flere forsøg med bedmaterialets cirkulation fremkaldt ved mange forskellige foranstaltninger (EP-A nr. 202 215; DE-OS nr.

5 28 04 073). Ved alle disse fremgangsmåder er hastigheden af bedmaterialebevægelsen for ringe til at fordele hurtigt af gassende brændstoffer tilstrækkeligt over bedens tværsnitsareal. Endvidere er det herved vanskeligt at indblande fine dele eller dele med lav specifik vægt pålideligt i hvirvel-10 laget.

Ifølge opfindelsen afgives brændstoffet og eventuelt nødvendige additiver (f.eks. CaC03) til binding af skadelige stoffer i rummet over det langsomme hvirvellag på en sådan måde, at de gribes ved hjælp af bedmaterialecirkulationen i 15 form af partikelregnen og indblandes derved effektivt i hvirvellaget. I regelen hersker der ved påfyldningsåbningen i det indre af ovnen et lille undertryk, således at det ikke er nødvendigt at anvende kostbare tætningsorganer. Tilstopninger og slid på grund af utilstrækkelig brændstof-20 tilberedning kan derfor i vid udstrækning udelukkes. Den til optimal omsætning af brændstoffet nødvendige fordeling tilvejebringes ifølge opfindelsen ved hjælp af den hurtige bedmaterialecirkulation, der forårsages af den ekstremt forskellige fluidisering i de to bedområder.

25 Som følge af den gode fordeling af brændstoffet samt den kraftige turbulens i efterforbrændingszonen kommer det ikke til dannelse af udbrud med lavt 02- og højt CO-indhold.

Ved lav byggehøjde kan der samtidig indstilles et lavt oxygenindhold (4-6% 02) i røggassen, uden at den gode forbræn-30 ding påvirkes, hvilket medfører en forbedret fyringsvirkningsgrad.

Foruden at indvirke på brændstoffordelingen har størrelsen af tværsnitsarealet indvirkning på anlæggets pladsbehov og på udformningen af arrangementet til at fjerne even-35 tueile med brændstoffet indbragte, udbrændbare grovere dele fra hvirvellaget. Ved en given fyringsydelse kan der kun DK 168499 B1 9 opnås en formindskelse af tværsnitsarealet ved at forhøje den specifikke ydelse, hvilket ved ikke trykladet drift kun kan opnås ved forøgelse af fluidiseringshastigheden. Ved de hidtil kendte fremgangsmåder (f.eks. fra US-PS nr. 4 538 5 549 og US-PS nr. 4 111 158) med cirkulerende hvirvellag kræves stor byggehøjde for at kunne tilvejebringe tilstrækkeligt lange gasopholdstider.

Hidtil kendte metoder med indre bedmaterialecirkula-tion har ikke blot en væsentlig mindre cirkulationshastighed, 10 men de har heller ikke nogen indretninger hvormed kan opnås fuldstændig efterforbrænding af flygtige, bestanddele, og den derved frigivne varme i det mindste delvis kan udnyttes til opvarmning af hvirvelbeden. DE-OS nr. 28 36 531 viser ganske vist en omstyre indretning oven over et hurtigt hvir-15 vellag, men denne tjener imidlertid ikke til at udskille faste partikler, og den udnyttes heller ikke til at bevirke en strømnings impuls til frembringelse af turbulens i et efterbrændingskammer.

Ved opfindelsen er opnået et mindre pladsbehov ved 20 høj tværsnitsydelse. Ulempen ved stor byggehøjde afhjælpes ved anbringelsen af omstyreindretningen ved den øverste ende af den hurtige zone. Denne omstyreindretning bevirker endvidere opdeling af den fra det hurtige hvirvellag udtrædende gas-faststofblanding i en røggasstrøm og en i hoved-25 sagen nedadrettet faststofstrøm.

Gasstrømmen, der i regelen indeholder endnu fri oxygen, forlader omstyreindretningen med høj strømnings impuls omtrent i horisontal retning, møder den fra brændstof tilførselszonen udstrømmende pyrolysegas og blander sig med denne 30 i en turbulensrig efterbrændingszone. Fuldstændig forbrænding af pyrolysegassen kan herved opnås inden for en middelopholdstid på 0,1-2 sekunder.

En ofte anvendt metode til at formindske kvælstof-oxidudstødning er den trinvise forbrænding. Herved forløber 35 forbrændingen først under reducerende betingelser. I et andet trin er tilvejebragt fulgstændig forbrænding under DK 168499 B1 10 oxiderende forhold. Et væsentligt problem ved de kendte stationære eller internt cirkulerende hvirvellagsprocesser er imidlertid at gennemføre fuldstændig forbrænding i et rimeligt tidsrum i oxidationszonen. Den begrænsende faktor 5 ligger i den grundige blanding af oxygenbærer og uforbrændte gasser.

Omstillingen til trinvis forbrænding med intern bedcirkulation opnås derfor hensigtsmæssigt ved tilsætning af brændstoffet i det langsomme fluidiserede område. Denne 10 mulighed er f.eks. kendt fra EP-A nr. 202 215, men her er der ikke truffet nogen foranstaltninger til forbedring af gasblandingen.

Brændstoftilførselszonen danner en tørre- og pyroly-sezone, hvor der hersker reducerende tilstande. Området med 15 det hurtige hvirvellag tjener som forbrændingszone, hvor oxiderende tilstande er fremherskende. Den fra forbrændingszonen udgående gasstrøm, der endnu indeholder fri oxygen, og som udgør en stor del af den samlede røggasmængde, føres over området oven over tørre- og pyrolysezonen, hvor der 20 sker fuldstændig forbrænding af den fra reduktions zonen opstigende uforbrændte gas. Som videre beskrevet ovenfor sker der en fuldstændig gennemblanding på grund af den kraftige turbulens i dette efterbrændingskammer og dermed fuldkommen reaktion.

25 Ved at ændre mængdeopdelingen af oxygenbærer over de to områder kan bedmaterialecirkulationens hastighed styres. Herved kan middelopholdstiden af brændstoffet i pyrolysezonen reguleres inden for vide grænser (f.eks. 5-60 sek.), hvorved mængden af de her frigivne flygtige bestanddele kan påvirkes.

30 Endvidere kan man også styre forbrændingen i tur bulenszonen og dermed temperaturen i efterbrændingskammer et.

Til dette formål kan en oxygenbærergas indføres lige over det langsomme hvirvellag, men inden for partikelregnen. Den ved en sådan indledet forbrænding frigjorte varme afgives til 35 partikelregnen og tilføres derved hvirvellaget. Herved er det selv ved meget flygtige brændstoffer muligt at tilføre DK 168499 B1 11 næsten hele den frigivne varme til hvirvellaget.

Endelig skal nævnes de problemer, som er forbundet med afkølingen af hvirvelbeden. Ved stationær hvirvel lagsanlæg er de til bedkøling anvendte varmeflader udsat for skif-5 tevis oxiderende og reducerende atmosfære og for mekanisk slid.

Som følge heraf opstår der alvorlige holdetidsproblemer. Desuden kan varmeoverføringen til rørene kun ændres inden for snævre grænser, hvorved der opstår vanskeligheder 10 ved delbelastningsforhold. Disse problemer er ved cirkulerende hvirvellagsfyringer løst ved udformning af varmefla-derne som vægvarmeflader. Varmefladerne er indskrænket til det øverste område af hvirvellaget, hvor der udelukkende foreligger oxiderende tilstande. Af fluiddynamiske grunde 15 er slibende angreb fra bedmaterialet på varmeflademe tydelig nedsat. Ved disse hvirvellagstyper er det muligt at styre varmetransmissionen ved ændring af gashastigheden i hvirvellaget.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det andet 20 område, forbrændingszonen, udformet som hurtigt hvirvellag.

Der foreligger altså her samme forhold som i et cirkulerende hvirvellag, således at de lige nævnte virkninger gælder.

Hvis store dele, der for størstedelen består af inert materiale, når ind i hvirvellaget, må de igen fjernes fra 25 systemet. Dette kan ske gennem en udledningsskakt ved bunden. Denne kan være ventileret, uden at der nås op på fluidise-ringshastighed. Det i de med en temperatur på ca. 800°C fra hvirvellaget udtagne grovdele endnu indeholdte kulstof omsættes herved, og samtidig kan det udtagne materiale afkøles 30 til en temperatur på ca. 200-600'C.

Hvis hvirvellagsreaktoren skal anvendes til pyrolyse af de mest forskellige materialer, kan de i pyrolysezonen frigivne afgasningsprodukter udtages allerede før gennemblan-dingen med de af det hurtige fluidiserede område udtrædende 35 røggasser. En bedre omsætning kan opnås ved at indstille DK 168499 B1 12 cirkulationshastigheden, samt ved at tilsætte damp, kuldioxid eller andre forgasningen begunstigende medier i stedet for luft til fluidisering af den langsomme del.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen forklares i det 5 følgende nærmere under henvisning til tegningen, som viser et udførelseseksempel for et apparat til udøvelse af fremgangsmåden, som også udgør en del af opfindelsen og i det væsentlige omfatter følgende byggeelementer: en hvirvellagsreaktor med et forbrændingskammer og 10 et efter forbrændingskammer, idet det nævnte forbrændingskammer er opdelt i en mindre fluidiseret brændstof tilførselszone og en kraftigere fluidiseret forbrændingszone; en opstående skillevæg, som er placeret mellem de nævnte zoner, og som danner et gennemløb mellem den nævnte 15 brændstoftilførselszone og den nævnte forbrændingszone for at tillade, at faste stoffer føres fra den nævnte brændstof-tilførselszone ind i den nævnte forbrændingszone, idet den nævnte skillevæg har en højde, som strækker sig op over den nævnte brændstoftilførsel; 20 en første omstyrings indretning, som er anbragt ved den øvre ende af den nævnte forbrændingszone, for at omstyre opstigende faste stoffer i den nævnte forbrændingszone således, at de falder som en partikelregn i den nævnte brændstoftilførselszone; og 25 en brændstoftilførselsindretning, som strækker sig ind i den nævnte brændstof tilførselszone, for den direkte dosering af brændstof ind i den nævnte partikelregn, idet den nævnte omstyringsindretning i den næviite brændstoftilførselszone omstyrer turbulent forbrændingsgas i den nedre 30 del af det nævnte efterforbrændingskammer, i hvis nedre afsnit der er anbragt turbulensgenererende prelplader.

På tegningen viser fig. 1 en udførelsesform for en fluidbedreaktor ifølge opfindelsen, og 35 fig. 2-4 forstørrede detaljer af udførelsesformen i fig. 1.

DK 168499 B1 13 I fig. 1 betegner 1 en fluidbedreaktor med et brænd-kammer 2 i den nederste del af reaktoren, hvilket brændkammer med en skillevæg 3 er opdelt i et første område 4 og et andet område 5. Skillevæggen 3 er fortrinsvis udformet som 5 varmeveksler, og den mod det andet område 5 vendende side af skillevæggen er beklædt med ildfast materiale, medens skillevæggen 3 og brændkammervæggen i det første område 4 kun er beklædt på den nederste del. Oven over skillevæggen er på brændkammerets 2 vægge fastgjort en nedadrettet omsty-10 replade 14, som sammen med en under denne anbragt prelplade 15 fungerer som preludskiller, som det forklares senere. På omstyrepladen 14 og prelpladen 15 kan være fastgjort udskiftelige slidplader. Brændkammeret 2 fortsætter opad som et efterbrændingskammer 16, hvori er anbragt V-formede tur- 15 bulatorer 17, der om ønsket også kan være udformet som varmevekslere. Ved udgangen fra efterforbrændingskammeret 16 kan der være anbragt indbyggede varmevekslere. Væggen i brændkammeret 2 og i efterforbrændingskammeret 16 er fortrinsvis udformet med ribber eller finner, dvs. afkølet, 20 hvorved efterbrændingskammeret 16 i givet tilfælde også kan drives uafkølet. Til indføring af faste brændstoffer tjener fortrinsvis en slisk 20, der fører til det første område 4.

Under drift af reaktoren 1 fluidiseres det første område 4 således, at der danner sig et stationært langsomt 25 hvirvellag, medens det andet område 5 fluidiseres således, at der dannes et hurtigt hvirvellag. Bedmaterialet flyder fra det første område 4 under skillevæggen 3 til det andet område 5, hvor det løftes opad og tilbageføres i det første område 4 over spalten mellem skillevæggen 3 og omstyrepladen 30 14.

- Transportluftens kraftige sideimpuls medfører efter omstyrepladen 14 og prelpladen 15 i efterbrændingskammeret 16 en forøget turbulens over det langsomme hvirvellag i området 4. Det udskilte bedmateriale bevirker en partikelregn 35 over det langsomme hvirvellag i området 4. Da stoffet, der skal bearbejdes tilføres gennem slisken 20 til rummet over DK 168499 B1 14 det tætte, langsomme hvirvellag, kan det indhældes gennem partikel regnen og lettere dykke ind i det tætte, langsomme hvirvellag. Karakteristiske størrelser for fremgangsmåden henholdsvis driften af reaktoren 1 er fladeforholdet mellem 5 tværsnitsarealerne af det første og andet område 4 og 5 samt fluidiseringshastighederne i disse områder. Ved den særlige opbygning af brændkammeret 2 kan tørre-, pyrolyse-og forbrændingszone adskilles.

Røggasserne fra efterforbrændingstnrbulenszonen 16 10 bortledes fra reaktoren 1 ved 25 eventuelt efter at have passeret varmevekslere, idet der på sædvanlig måde kan findes støvfiltre.

Lufttilførselen til det første, langsomme område 4 sker gennem en fødeledning 10 og rør 9, som udmunder direkte 15 i reaktorens indre og frembringer en fri stråle, der passerer nedenunder skillevæggen 3 i retning mod det hurtige område 5. Rørene 9 er lige og er stumpt afskåret eller forsynet med et sifonknæ for at hindre tilbagestrømning af bedmateriale i rørene 9 henholdsvis fødeledningen 10.

20 Endvidere sker fluidiseringen i det hurtige område 5 over et luftkammer 26, der ved siden står i forbindelse med en horisontal rørrist bestående af rør 27, som strækker sig under det langsomme område 4 i afstand under skillevæggen 3 og ind i det hurtige område 5, og som under området 5 - som 25 i fig. 1 er området A, der er vist detaljeret i fig. 2-4 - ved begge sider har skrå luftafgangssi idser 28, der afgiver nedad og til siderne i retning mod asketragten 7 rettede luftgardiner.

Endvidere er en brændstoftilførsel 13, som især tjener 30 til tilførsel af gasformige, flydende eller pastaformige brændstoffer, og som ved autoterme processer kun fødes til start af reaktoren, udformet som en lanse, hvis afgangsåbning ligger nedenunder skillevæggen 3.

I den nederste del af slisken 20 er der oven over 35 det langsomme hvirvellag anbragt en tilgangsledning 29 for en oxygenbæregas (f.eks. sekundær luft), og sliskens overvæg DK 168499 B1 15 er udformet som en tilsvarende tilgangsledning 30. Der kan også alternativt være anvendt tilgangsledninger 29 og 30. Ovenover turbulatoren 17 er der i reaktorens 1 sidevæg anbragt et dysesæt 31 gennem hvilket eventuelt yderiigre oxy-5 genbæregas (tertiær luft) til understøtning af efterforbræn-dingen og til NOx-minimering kan indsprøjtes i efterforbrændingsturbulenszonen 16.

Reaktoren i fig. 1 kan fordobles på spejlsymmetrisk måde i en "ryg-til-ryg-konstruktion", idet væggen der bærer 10 røggasudløbet 25, så er en midtervæg, der fastlægger symmetriplanet. Røggasudløbet 25 placeres så i en anden sidevæg.

Det er også muligt at anvende en fælles efterforbrændings-turbulenszone 16.

Det langsomme område 4 i reaktoren 1, dvs. tørrings-15 og pyrolysezonen drives hensigtsmæssigt med hastigheder i området fra ca. 0,2 til ca. 1,0 m sek-1. Hastighederne i reaktorens hurtige område 5, dvs. i forbrændingszonen, ligger, afhængigt af belastningen, hensigtsmæssigt i området på fra ca. 2,0 til ca. 12,0 m sek-1. Endnu en bestemmende 20 parameter ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er bedmate-rialeomløbet, der som allerede anført, med fordel kan ligge i området fra ca. 20 til ca. 200 kg m-2 sek-1, henført til tværsnitsarealet af det hurtige område 5, og især foretrækkes valgt mellem 50 til 70 kg m-2 sek-1.

25 Det siger sig selv, at de forskellige parametre er sammenknyttede med hinanden og blandt andet må afstemmes til de specielle brændstoffer, som reaktoren 1 drives med.

Hensigtsmæssigt er der tilvejebragt en føring for den hurtige forbrændingszone, hvis højde er 2 til 20 gange 30 højden af bedmaterialetilbageløbszonen.

Endnu et karakteristisk træk ved reaktoren ifølge opfindelsen er, at tværsnitsforholdet mellem forbrændingszonen og bedmaterialetilbageløbszonen ligger mellem ca. 1:1 til ca. 5:1.

35 Tværsnitsforholdet måles sædvanligvis ved den nederste ende af skillevæggen 3.

DK 168499 B1 16

Ansøgerne har udført pilotforsøg i et anlæg omtrent svarende til fig. 1 med skillevægge mellem forbrændingszone og tørre- og pyrolysezone med en højde på fra 1,7 til 2,0 m. Anlægget havde i efterforbrændingszonen 16 et frit tvær-5 snit på 0,48 m2 og en total byggehøjde på 6 m. Tværsnittet af den hurtige zone 5 var 0,13 m2, og tværsnittet af den langsomme zone 4 var 0,1 m2. Anlægget blevet drevet med 200 kg bedmaterialet.

Nedenfor er i tabelform vist nogle derved opnåede 10 resultater.

15 1 DK 168499 B1 17

Forbrændingsluft Emission

Brændstof Mængde langsomt hurtigt luft over bed hvirvellags- CO Ν0χ 02 omr. omr. temperatur (kg/h) (Nm3/h) (Nm3/h) (Nm3/h) (°C) (mg/Nm3)* (%) 5

Husholdningsaffald 190 30 700 60 820 36 215 5,8 10 ___

Andet affald** 270 30 700 90 780 40 190 6,1 15 “

Træ 170 30 700 - . 840 35 220 5,4

Brunkul 200 30 700 - 850 35 170 5,5 20 _________ * ved 11% 02 JL JL f

Affald fra papirindustrien, 1 hovedsagen bestående af plastaffald og cellulosefibre.

25

Varmefriqørelse i %

Brændstof Område 4 Område 5 Efterforbrændingskammer 16 30

Brunkul 13 - 20 60 - 70 17 - 22

Træ 10 - 15 50 - 60 27 - 35

Husholdningsaffald (ikke pelletteret) 8-15 45-55 35 - 40 35 Andet affald 11 - 17 50 - 60 23 - 29

Slam fra rensningsanlæg 13 - 18 60 - 65 20 - 25

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen startes på kendt 40 måde ved, at reaktoren tilføres sædvanligt bedmateriale, f.eks. kvartssand og bringes op på temperaturen med sædvanligt sekundærbrændstof såsom gas eller olie. Først derefter inddoseres det egentlige brændstof, hvorved svingninger i dettes varmeindhold opfanges ved regulering af varmeveks-45 leren og/eller temporær inddosering af sekundærbrændstof.

Claims (11)

1. Hvirvellagsfremgangsmåde til forgasning og forbrænding af brændstoffer i adskilte og forskelligt fluidiserede z oner, omfattende: 5 indføring af brændstoffet i en tørre- og pyrolysezone med forholdsvis svagere fluidisering, hvori de faste stoffer transporteres nedad; overføring af de nævnte faste stoffer fra et nedre område i den nævnte tørre- og pyrolysezone til et nedre 10 område i en forbrændingszone med forholdsvis kraftigere fluidisering, hvori de faste stoffer transporteres opad; drift af forbrændingszonen som hurtigt eller turbulent hvirvellag; føring af de nævnte faste stoffer opad i den nævnte 15 forbrændingszone op over højden af en bed i den nævnte tørre-og pyrolysezone; cirkulation og tvangsomstyring af.de nævnte faste stoffer fra det øvre område af den nævnte forbrændingszone nedad mod den nævnte bed i den nævnte tørre- og pyrolysezone 20 som en regn af faststof partikler; direkte dosering af brændstoffet ind i den nævnte partikelregn; føring af gasser, som forlader den nævnte forbrændingszone, som en strømningsimpuls ind i en turbulent zone, 25. hvilken der gennemføres en efterforbrænding; og indstilling af temperaturen i den nævnte efterfor-brændingsturbulenszone ved styring af fordelingen af den totale mængde af fluidiseringsgas over den nævnte forbrændingszone og den nævnte tørre- og pyrolysezone.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net. ved, yderligere at omfatte: udtagning af gasserne, som forlader den nævnte tørre- og pyrolysezone, før de blandes med de fra den nævnte forbrændingszone udtrædende gasser.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendete g-35 net ved, at det nævnte driftstrin omfatter drift af det nævnte hvirvellag i den nævnte forbrændingszone med et flui- DK 168499 B1 19 diseringttal på 50 til 140.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det nævnte andet overføringstrin omfatter overføring af de nævnte faste stoffer opad i en højde, som 5 er to til tyve gange højden af den nævnte bed i den nævnte tørre- og pyrolysezone.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det nævnte tvangsomstyringstrin yderligere omfatter omstyringen af de nævnte faste stoffer forholdsvis 10 horisontalt over den nævnte bed.

6. Hvirvellagsfremgangsmåde til forgasning og forbrænding af brændstoffer i adskilte og forskelligt fluidiserede zoner, omfattende: indføring af brændstoffet i en tørre- og pyrolysezone 15 med forholdsvis svagere fluidisering, hvori de faste stoffer transporteres nedad; overføring af de nævnte faste stoffer fra et nedre område i den nævnte tørre- og pyrolysezone til et nedre område i en forbrændingszone med forholdsvis kraftigere 20 fluidisering, hvori de faste stoffer transporteres opad; drift af forbrændingszonen som hurtigt eller turbulent hvirvellag; føring af de nævnte faste stoffer opad i den nævnte forbrændingszone op over højden af en bed i den nævnte tørre-25 og pyrolysezone; cirkulation og tvangsomstyring af de nævnte faste stoffer fra det øvre område af den nævnte forbrændingszone nedad mod den nævnte bed i den nævnte tørre- og pyrolysezone som en regn af faststofpartikler; 30 direkte dosering af brændstoffet ind i den nævnte partikelregn; føring af gasser, som forlader den nævnte forbrændingszone, som en strømningsimpuls ind i en turbulent zone, i hvilken der gennemføres en efterforbrænding; og 35 styring af temperaturen i den nævnte efterforbræn- dingszone ved tilsætning af en oxygenbæregas i området ved DK 168499 B1 20 partikelregnen.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendeteg net ved, yderligere at omfatte: udtagning af gasserne, som forlader den nævnte tørre- og pyrolysezone, før de blan- 5 des med de fra den nævnte forbrændingszone udtrædende gasser.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendeteg net ved, at det nævnte driftstrin omfatter drift af det nævnte hvirvellag i den nævnte forbrændingszone med et flui-diseringttal på 50 til 140.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendeteg net ved, at det nævnte andet overføringstrin omfatter overføring af de nævnte faste stoffer opad i en højde, som er to til tyve gange højden af den nævnte bed i den nævnte tørre- og pyrolysezone.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendeteg net ved, at det nævnte tvangsomstyringstrin yderligere omfatter omstyringen af de nævnte faste stoffer forholdsvis horisontalt over den nævnte bed.

11. Apparat til udøvelse af en hvirvellagsfremgangs-20 måde, omfattende: en hvirvellagsreaktor med et forbrændingskammer og et efterforbrændingskammer, idet det nævnte forbrændingskammer er opdelt i en ringere fluidiseret brændstoftilførselszone og en kraftigere fluidiseret forbrændingszone; 25 en opstående skillevæg, som er placeret mellem de nævnte zoner, og som danner et gennemløb mellem den nævnte brændstoftilførselszone og den nævnte forbrændingszone, for at tillade at faste stoffer kan føres fra den nævnte brændstoftilførselszone ind i den nævnte forbrændingszone, idet 30 den nævnte skillevæg har en højde som strækker sig op over den nævnte brændstoftilførsel? en første omstyrings indretning, som er placeret ved den øvre ende af den nævnte forbrændingszone, for at omstyre opstigende faste stoffer i den nævnte forbrændingszone så-35 ledes, at de falder som en partikelregn i den nævnte brændstoftilførselszone; og DK 168499 B1 21 en brændstoftilførselsindretning, som strækker sig ind i den nævnte brændstoftilførselszone for direkte dosering af brændstof ind i den nævnte partikelregn, idet den nævnte omstyringsindretning i den nævnte brændstoftilførselszone 5 omstyrer turbulent forbrændingsgas ind i den nedre del af et efterforbrændingskammer, i hvis nedre afsnit der er placeret turbulensgenererende prelplader.