NO844800L - Fremgangsmaate og anordning for partsiell forbrenning og forgassing av et karbonholdig materiale. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for partiell forbrenning og forgassing av finfordelt karbonholdig materiale ved innførsel av et oksydasjonsmiddel og nevnte karbonholdige materiale i et reaksjonskammer under samtidig tilførsel av energi ved hjelp av en plasmagenerator samt en plasmagenerator til dette formål.

Det er kjent å utnytte oksygengassbrennere for forgasning av karbonholdig materiale, hvilke arbeider inn mot sentrum av et kammer med sentralt gass- og slaggutløp. Imidlertid oppkommer visse problemer herved betinget av brennerkonstruksjonen. Oksygengassens innblåsningshas-tighet bestemmer flammefrontens beliggenhet og for å for-hindre baktenning må en viss minste avstand foreligge mellom brennermunnstykket og flammefront. Dette begren-ser regulerområdet vesentlig. For å beskytte kammerveg-gene innblåses iblant rundt oksygengassinnmatingen en vegg av vanndamp, som gjør at strømningen blir relativt uforstyrret. Karbonpulver blåses inn i oksygengass-strøm-men ved hjelp av lanser og blandes i brenneren. På grunn av den uforstyrrede strømningen og den høye strømnings-hastigheten erholdes en meget dårlig omblanding og for at i karbonpartiklene inngående vann skal forgasses og partiklene i seg opphetes tilstrekkelig erfordres en lang blandingsstrekning.

Videre oppnås en relativ lav reaksjonshastighet ved hit-til kjente fremgangsmåter gjennom opphetning av oksydasjonsmiddel og brensel til den temperatur der reaksjon-ene begynner, hovedsakelig bevirket gjennom resirkuler-ing av hete reaksjonsprodukter.

Det er i og for seg kjent å utnytte plasmageneratorer

for tilførsel av varmeenergi ved forbrenning og forgassing av karbonholdig brensel. Herved injiseres finfordelt karbon i en ved hjelp av en plasmagenerator opp-hetet bærergass. Oksygengass, og/eller vanndamp

utnyttes som oksydasjonsmiddel og injiseres enten i den hete bærergass eller utnyttes helt eller delvis som bærergass.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å bevirke en fremgangsmåte for partiell forbrenning og forgasning av karbonholdig materiale, som tillater rask og effektiv omblanding av oksydasjonsmiddel og karbonbærere, som gir en kort blandingsstrekning og et stort reguleringsområde uavhengig av flammefrontens stilling samt bevir-ker en betraktelig høyere reaksjonshastighet gjennom di-rekte tilsetning av varmeenergi til inngående oks<y>dasjons-middel og brensel.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å bevirke en kombi-nert brenner for gjennomførsel av prosessen i henhold til oppfinnelsen.

Det ovenfor—stående oppnås ved den innledningsvis beskrev-ne måte i henhold til oppfinnelsen ved at en het gass-strøm genereres i en plasmagenerator og innføres i nevnte reaksjonsrom og at det pulverformige karbonbærende materiale innføres konsentrisk rundt nevnte hete gass-strøm ved hjelp av en transportgass. Transportgassen kan utgjøres av for eksempel oksydasjonsmiddel, forbrenningsprodukter (O2- CO2, H20) eller resirkulert gass.

Plasmagassen bibringes en roterende bevegelse i plasmageneratoren, hvorved når denne trår ut av plasmageneratoren oppnås en kraftig turbulens i det konsentrisk utstrømmen-de karbonbærende materiale samtidig som den sentrale hete gass-strømmen momentant oppheter materialblandingen til reaks jonstemperatur.

Oksydasjonsmiddelet utgjøres fortrinnsvis av 02, C02, vanndamp, luft eller en blanding derav, hvorved karbonbæreren utgjøres fortrinnsvis av kullpulver, kokspulver, trekullpulver, torv og/eller flis.

Plasmageneratoren for gjennomførsel av prosessen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes av at den inneholder sylindriske elektroder mellom hvilke dannes en elektrisk lysbue, en tilførselsledning for innførsel av bærergass i plasmageneratoren, organ for å bibringe en tangensiell hastighetskomponent til den i plasmageneratoren genererte hete gass-strømmen, et rundt plasmageneratoren anordnet ytre rør til dannelse av en ringspalte mellom plasmageneratorens utside og nevnte ytre rør i det minste ved plasmageneratorens utløpsende samt organ for tilførsel av karbonbærende materiale til nevnte ringspalte.

I tilslutning til ytterrørets innløpsdel kan fortrinnsvis være anordnet et trykk-kammer i hvilken lanser for tilførsel av karbonbærere er anordnet for å bibringe karbonbæreren en tangensiell hastighetskomponent for å bevirke jevn fordeling av materialet i ringspalten.

Alternativt kan et indre beskyttelsesrør utstyrt med ytre styrninger i form av for eksempel skovler for å oppnå en rotasjon passende i motsatt retning mot plasmagassens rotasjon være anordnet, hvorved ringspalten for innførsel av pulverformig materiale dannes av nevnte ytterrør og nevnte indre beskyttelsesrør. Dessuten oppnås herigjennom, foruten raskere omblanding, minsket sitasje av plasmageneratoren .

Ytterligere fordeler og kjennetegn av oppfinnelsen kom-mer til å fremgå av nedenforstående, detaljerte beskriv-else i tilslutning til vedlagte tegninger på hvilke

fig. 1 viser plasmageneratoren i henhold til oppfinnelsen ,

fig. 2 viser en alternativ utførsel av plasmageneratoren i likhet med fig. 1 og

fig. 3 viser en noe modifisert utførsel av plasmagenera-

toren i henhold til fig. 2.

På fig. 1 vises således en brenner i henhold til oppfinnelsen med en plasmagenerator som generelt betegnes med 1. Plasmageneratoren er av konvensjonelt slag med sylindriske elektroder, mellom hvilke det genereres en lysbue. Bærergass injiseres gjennom en tilførselsledning 2 og oppvarmes ved passasjen gjennom lysbuen. I plasmageneratoren bibringes bærergassen foruten en aksiell hastighetskomponent en tangensiell sådan, hvilket medfører at plasmagassen roterer kraftig når den trår ut av plasmageneratoren.

Rundt plasmageneratorens fremre del er anordnet et ytter-rør 4 som er tettende tilsluttet til plasmageneratoren ved 5. I den viste utførelsesform er ytterrøret utstyrt med en flens 6 for montering til et brenne- eller forgas-ningskammer. Dette antyder at ytterrøret kan være fast montert i veggen, noe som betraktelig letter demontering av plasmageneratoren. Herved er fortrinnsvis ytterrøret anordnet vannavkjølt og ved å anordne det slik at det stik-ker ut et stykke forbi kammerveggen, kan ytterrøret også fungere som omhylning.

Tørt pulverformig brensel innføres gjennom en ledning 7

i den ringspalte 8 som dannes mellom plasmageneratoren og ytterrøret, I henhold til den viste utførelsesform er ved ringspaltens innløpsside anordnet et trykk-kammer 9 i hvilket tilførselsledninger 7 munner. Herigjennom oppnås en jevnere fordeling av materialet i ringspalten.

På fig. 2 vises en alternativ utførselsform av plasmageneratoren i henhold til fig. 1. Rundt om plasmageneratorens av det ytre røret omgitte fremre ende 3 er anordnet et indre beskyttelsesrør 10. På det indre beskyttel-sesrørs 10 utside er anordnet skovler 11-14, beregnet til å bibringe det innførte pulverformige materialet en rotasjon motsatt rotasjonen hos den genererte plasmagassen. Herigjennom oppnås til dels en bedre og raskere omblanding, dels beskyttes plasmageneratoren mot slitasje.

På fig. 3 vises en ytterligere alternativ utførselsform

av plasmageneratoren i henhold til fig. 2. Det ytre røret som her betegnes med 15, er anordnet vannkjølt, hvorved kjølevannet tilføres ved 16 til spalten 17. I den viste utføre1-sesform er det ytre vannavkjølte røret dannet som en ut-trukket omhylning 18, forutsett til å erstatte en konven-sjonell omhylning.

Nedenfor beskrives fremgangsmåten av anordningens funk-sjon nærmere.

Bærergass, som fortrinnsvis utgjør en del av det anvendte oksydasjonsmiddelet opphetes slik i plasmageneratoren og forlater plasmageneratoren som en het kjerne av roterende plasmagass, hvilken tenner og skaper kraftig turbulens i det gjennom ringspalten 8, fortrinnsvis ved hjelp av oksy-das jonsmiddel såsom vanndamp, oksygengass, luft eller en blanding derav, innførte pulverformige karbonbærende materialet. I motsetning til for eksempel en oljebrenner, der tenningen skjer ved hjelp av den egne flammes flammefront, hvis stilling bestemmes av strømningsforhold, for-sikrer den høye temperaturen i plasmagassen en stabil tenn-ing uavhengig av andre betingelser. Dette gir et meget stort reguleringsområde for plasmageneratoren samt en betydelig raskere starting av tenningen og dermed høyere to-tal reaksjonshastighet.

Den hete plasmagassen minsker videre behovet for oksygen-overskudd for å oppnå nærmest fullstendig forbrenning/ forgasning. Dessuten erholdes en meget høy flammetempe-ratur, vesentlig høyere enn ved konvensjonelle brennere, noe som fører til vesentlig minsket innhold av ikke øns-ede bestanddeler i gassen etter forbrenningen/forgasningen så som uforbrent/uforgasset kull, alkoholer, fenoler, metan, tjære, tyngre hydrogenkarboner etc.

En ytterligere avgjørende fordel består i at et fra for- brenningen frittstående varmeenergitilskudd tilføres ved hjelp av plasmageneratoren. Dette gir betydelig større mu-lighet til å styre sammensetningen på reaksjonsproduktene samtidig som sotdannelsesrisikoen minskes.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for partielt å forbrenne og forgasse finfordelt karbonholdig materiale ved innføring av oksydasjonsmiddel og nevnte karbonholdig materiale i et reaksjonsrom under samtidig tilførsel av varmeenergi ved hjelp av en plasmagenerator, karakterisert ved at en het gass-strøm som inneholder oksydasjonsmidler genereres i en plasmagenerator og innføres i nevnte reaksjonsrom og at det pulverformige karbonholdige materialet innføres konsentrisk rundt nevnte hete gass-strøm ved hjelp av en transportgass.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at man som oksydasjonsmiddel anvender 02 , CO2 1 (g) / luft eller blanding av en eller flere av nev nte komponenter.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-2, karakterisert ved at oksydasjonsmidlet utnyttes som transportgass for det karbonholdige materialet.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-3, karakterisert ved at oksydasjonsmiddelet helt eller delvis opphetes i plasmageneratoren for generering av nevnte hete gass-strøm.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-4, karakterisert ved at man som karbonholdig materiale anvender kullpulver, kokspulver, trekullpulver, torv eller flis.

6. Anordning beregnet for partiell forbrenning og forgasning av finfordelt karbonholdig materiale ved innførsel av oksydasjonsmiddel og nevnte karbonholdig materiale i et reaksjonsrom under samtidig tilførsel av varmeenergi ved hjelp av en plasmagenerator for gjennomførsel av fremgangsmåten i henhold til krav 1, karakterisert ved at plasmageneratoren (1) inneholder sylindriske elektroder mellom hvilke det dannes en elektrisk lysbue, en tilførselsledning (2) for innførsel av bærergass i plasmageneratoren, organ for å bibringe en tangensiell hastighetskomponent til den i plasmageneratoren genererte hete gass-strømmen, et rundt plasmageneratoren anordnet ytre rør (4) for dannelse av en ringspalte (8) mellom plasmageneratorens utside og nevnte ytre rør minst inne ved plasmageneratorens utløpsende (3) samt organ (7) for tilførsel av karbonbærende materiale til nevnte ringspalte (8).

7. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved et i anslutning til ringspaltens inn-løpsdel anordnet trykk-kammer (9) for å bevirke en jevn fordeling av det tilførte karbonholdige materialet.

8. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert ved at tilførselsledningen (7) for det karbonholdige materialet er anordnet for å munne tangen-sielt i nevnte trykk-kammer (9).

9. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved et indre beskyttelsesrør (10) som opp-viser skråstilte skovler (11-14) anordnet for å gi rotasjon samt for å beskytte plasmageneratoren for slitasje .

10. Anordning i henhold til krav 6-9, karakterisert ved at det ytre røret (15) er vannavkjølt.

11. Anordning i henhold til krav 10, karakterisert ved at det vannavkjølte ytre rør er ut-formet som en uttrukken omhylning (18).