Verbrandingsinstallatie voor vloeibaar chemisch afval

Verslag behorende

bij het fabrieksvoorontwerp

van

. \

.

.Q

..

W, ...

d.~~:J0~j

.

.

.

~

....

~

..

~~

..

;

.

,

..

c

....

a·3····~:'v.{·a1is.,

onderwerp:

...

V'l

t:;".

b.t:Axl

.

sl.'Jn..3S.1r.\~.b.~1.l

o..biL.

~

...

v.oor-..

v.lo.ti.b.(X~

...

~b.e

:

WJ.i$.c~

...

~

~t\l.Q:l

....

'

... .

adres:

C~ OpiMp\t\n 2.'2S'

S

ehit

d-o.*

Qos.\:e ..

,l:r.

7

-:J:>t

'~b

opdrachtdatum :

verslagdatum :

r' r ' L .

[

' L

r'

i

, L . r' n

1

~ I

n

n

INHOUD 1. Il. lIl. IV. V. VI. VII. VIII.

IX.

A. Samenvatting over de technologische uitvoering van het proces

B. Conclusies Inleiding

Uitgangspunten voor het ontwerp 1. Externe gegevens

2. Inherente gegevens Beschrijving van het proces

1. Beschrijving processtromen 2. Flexibiliteit van het proces 3. Inbedrijfstelling

4. Veiligheid

Bespreking van de apparatuur en motivering van de keuze A. De verbrandingsoven

1. De huidi_{.9e. mogelijkheden voor verbranding van} vloeibaar chemisch afval

1.1 Verbranding op grote schaal

1.2 Verbranding op kleine schaal zonder vooraf-gaande verstuiving

1.3 Verbranding op kleine schaal na voorafgaande verstuiving

2. Argumentatie van de keuze van de verbrandings-oven

3. Materiaalkeuze 4. De brander

1. Keuze mogelijkheden 2. Keuze van de brander 5. Meet-en regelgedeelte 6. Ventilatoren 7. De recuperator B. De gaswasser Massa- en warmtebalans Discussie Symbolenlijst Literatuur blz. 3 4 5 7 7 10 18 18 19 20 20 21 21 21 21 25 28 39 40 t} 1 41 47 47 47 49 51 58 63 64 66

r '

I

l ., 1 ' r '

l .

r '

I

l .

[

:

, " l j

.

,

, j

~l

~

1

l

~

1

n

l J

r~

Bijlagen: 1 • 1. 1. 1. 2. 1. 3. 1 .4. 1.5. 1. 6. 1. 7. 1.8. 1 .9. 1 • 10. 1. 11 • 2. 2.1. 2.2. 2.3. 3. 4.

5.

Berekening van de oven en recuperator

Berekening van de hoeveelheid verbrandingslucht Samenstelling van de rookgassen

Vlamtemperatuur

Warmteverlies van de oven

Berekening van de oventemperatuur Verdunningslucht

Samenstelling van de rookgassen na verdunning Warmteafgifte van de rookgassen na verdunning Berekening van de recuperator

Berekening van"'(. en À.

Bepaling van de emissie-coëfficiënten

Berekening van de ejecteur-venturi gasHasser Adiabatische afkoeling van het rookgas door verdamping van Hater

Berekening van de gaswassing Berekening van het pompvermogen Herberekening recuperator Drukverlies Kostenbeschomdng blz. 68 68 69 70 73 80 84 85 85 88 94 96 98 98 100 104 111 113 116

2

L

r ' L • [ . L ,

l:

l :

[

:

[

, r ' , , r '

l.

[

~

r,

, J

rl

J

~

n

n

n

n

\';

LA.

\

,

Het ontwerp van de verbrandingsinstallatie is gebaseerd op het chemicaliënverbruik van de afdeling der Chemische Technologie te Delft in 1972.

De installatie is ontworpen voor het verbranden van vloeistoffen. Wanneer de oven in bedrijf is) kan echter ook brandbaar vast afval worden toegevoegd. Het andere afval (b.v. anorganische milieugif~en) wordt anderszins verwerkt.

De installatie is discontinu in bedrijf en wel ~~n week per maand gebaseerd op een 8-urige werkdag. Op die manier kan de oven 25 ton afval per jaar verwerken.

De verbranding van het afval gebeurt met een aangepaste oliebrander van het type rotary cup. Er wordlverbrand met een 20% luchtovermaat. De verbrandingsprodukten (rbokgassen) doorstromen een cilinder-vormige horiz'Jntaal opgestelde oven, waar aan het eind verdunnings-lucht wordt toegevoegd. De gassen worden daarna afgekoeld, gewassen en vervolgens na opwarming gespuid in de atmosfeer. De afkoeling geschiedt in een warmtewisselaar gemaakt naar eigen ontwerp. De gaswassing vindt plaats in twee ejecteur ~ gaswassers. De zoutzuuroplossing die zo verkregen wordt heeft een sterkte van 10% en kan als beitsvloeistof benut worden.

De kosten van een dergelijke verbrandingsinstallatie liggen tussen de 125.000)-- en f 150.000,--. De onderhoudskosten kunnen· op circa

f 15.000,-- per jaar worden gesteld, de bedrijfskosten eveneens op

.. --i.~

3

circa f 15.000,--. De lopende kosten komen dan te liggen rond f 30.000,--per jaar.

Indien de investeringskosten van f 150.000,-- tegen 10% op de kapitaal-markt worden geleend en in 15 jaar worden terugbetaald, bedragen

de kapitaalkosten circa f 16.000,-- per jaar. De totale kosten per jaar komen daarmee op ongeveer f

46.000,~-Dat betekent dat bij een verbranding van 25 ton afval per jaar de prijs per ton tegen de f 2.000,-- komt te liggen. De N.V. Afval-ver\-lerking Rijumond rekent ongeveer f 140,- per ton.

I ' r '

l.

r ' r ' ;,... I l . [ '

l

.

r ' r ' l • r '

i'

I l. , i

l

n

l:

l.B. Conclusies

Daar de kosten voor verbranding nog veel hoger zijn dan die b.v.

de N.V. _{Afvalverwerking Rijnmond berekent, is het economisch onjuist}

een eigen vuilverbrandingsinstallatie op te zetten.

Gezien de geringe aanvoer van het afval zal ook in de toekomst het

aanbieden aan derden goedkoper zijn dan zelf tot verbranding over

4

te gaan. Als gerekend kan worden op een afvalaanvoer van derden zal de bouw

van een eigen installatie wellicht een betere kans hebben.

Daar de N.V. _{Afvalverwerking Rijnmond juist problemen heeft met deze} aanvoer, zál dit vooralsnog in Delft ook problemen geven.

De conclusie is dan ook dat een eigen vebbrandingsinstallatie voorlopig

te duur is. Het alternatief (uitbesteden) is op dit moment· goedkoper.

l .

r:

r'

, r 1 L J ,

,

l j

n

_{l J}

n

n

n

l J II. Inleid}..E,.g

De chemische afvalstoffen, die op de afdeling Chemische Technologie te Delft \-Torden geproduceerd, bestaan voor een groot deel uit organische vloeistoffen. Een belangrijk aandeel hierin vormen de gechloreerde

koolwaterstoffen.

Wanneer regeneratie van de organische vloeistoffen niet meer mogelijk is, blijft verbranding als enige acceptabele verwerkingsmethode over. De verbranding van gechloreerde koolwaterstoffen verloopt bijzonder moeilijk. Zij zijn slecht tot zeer slecht brandbaar, wat moge volgen uit het feit dat sommige gechloreerde koolwaterstoffen in brandblussers worden gebruikt.

De calorische waarde is bijzonder laag, terwijl bij onvQlledige verbranding het zeer giftige fofgeen en chloorgas vrijkomen. Een temperatuur in de vlam van 1400-1600

°c

is noodzakelijk om de vorming van fosgeen en chloor, te voorkomen.

De overige organische vloeistoffen zijn goed tot zeer goed brandbaar. De calorische waarde is hoog zodat verbranding geen problemen oplevert. Bij het opslaan en verpompen van deze vloeistoffen moet de grootste voorzichtigheid in acht worden genomen, daar de dampfase boven deze vloeistoffen zich binnen het explosiegebied kan bevinden.

Wanneer deze vloeistoffen met veel water zijn verontreinigd, kan bij-stoken met olie of aardgas noodzakelijk blijken.

In de omgeving van de T.H. bestaan reeds enige bedrijven die afval afkomst ig van de T. H. kunnen verbranden (li t • 2, 3, 4).

De N.V. Afvalverwerking Rijnmond (A.V.R) accepteert organische vloei-stoffen als deze aan de volgende eisen voldoen:

halogeengehalte ,,!aste stof viscositeit bij 200C

<

4 gew. %

<

5 gew.% <3.10- 2 NS/_m2

Wanneer het afval afgeleverd wordt in verpakkingen van 200 1 of kleiner wordt f 140,-- per ton berekend.

Het halogeengehalte van de chemische afvalstoffen van de 'T.H. is te hoog om door de N.V. Afvalverwerking Rijnmondte worden geaccepteerd.

- - - -

- -

IJ

[

:

r '

I,

r :

r

'

l

r ' [ , l • f'--r' l • r1 I L , r 1 I I l ,

f1

n

[1

r

1

Dit komt omdat deze installatie op dit moment geen afgasreiniging heeft.

De maatschappij Cindu Tanke Transport Services in Rotterdam verbrandt eveneens alleen chloorarme afvalstoffen. Ook hier is geen

afgas-zuivering installatie aanwezig.

De gechloreerde koolwaterstoffen kunnen wel aangeboden worden aan

Matthias Verbranding B.V. en aan Ocean Combustion Service (O.C.S.).

Deze bedrijven bezitten verbrandingsschepen, waarop in volle zee het afval wordt verbrand. Het vrijkomende zoutzuur wordt door het zeewater geabsorbeerd en wordt geacht een gunstige invloed te hebben op de zeeflora en -fauna.

Deze bedrijven accepteren geen hoeveelheden kleiner dan 500 ton.

Het tarief is ongeveer f 150,-- per ton.

Kleinere hoeveelheden kunnen aangeboden worden aan ExPbitatie Maatschappij Krimpen (E.M.K.), e,en firma die het afval verzameld en in partijen ter verbranding aanbiedt aan O.C.S. of A.V.R. al naar gelang de aard van het afval.

Een aparte afdeling van E.M.K. houdt zich bezig met het verwerken van afgewerkte olie.

De capaciteit van de bestaande verbrandingsinstallatie is ruim voldoende om het chemisch afval van de T.H. Delft te verwerken.

De verbrandingsoven van A.V.R. heeft een capaciteit van 2 ton/h zodat in 14 branduren de jaarlijkse hoeveelheid van de T.H. verbrand kan worden. De capaciteit van de verbrandingsschepen is nog aanzienlijk hoger.

De bestaande verbrandingsinstallaties bezitten allemaal een grote overcapaciteit, de A.V.R. bijvoorbeeld draait met verlies. Het is economisch onjuist een eigen verbrandingsinstallatie te bouwen.

Educatief bezien, heeft de bouw wel een belang voor de technoloog, daar vele aspecten (flexibiliteit, regeling, bedrijfsvoering) in de praktijk naar voren komen. Een voordeel is natuurlijk wel de volkomen onafhanke-lijkheid van derden voor het vernietigen van geproduceerd chemisch afval.

[

' i L _ r '

I

₍

,.

, I I ( , r ' r ' l • ,

.

,

.

r ' , I I j r

1

l I

i1

l J

,

rl

I

In

in

I ·

'r

IIL Uitgangspunten voor het ontwerp

Bij het ontwerp van de verbrandingsinstallatie wordt ervan uitgegaan dat de voorstellen ten aanzien van verzameling, opslag en verwerking van chemisch afval gedaan door de werk-commissie afvoer afvalchemicaliën (lit. 1) worden gerealiseerd. Dit betekent, dat het chemisch afval onderverdeeld wordt in 4 groepen, te wet~n:

Groep I Vloeibare gechloreerde koolwaterstoffen. Groep 11 Alle andere organische vloeistoffen en

laag-viskeuze oliën.

Groep 111: Giftige metaalionen met uitzondering van zilver, kwik en cyanide-verbindingen.

Groep IV Afvalstoffen di€ niet in bovenstaande groepen

geplaatst kunnen worden. Verder de vaste organische stoffen, viskeuze oliën, siliconenoliën, anorganische cyaniden, zilver- en kwikverbindingen.

De afvalstoffen van groep I en I r'worden per groep verzameld in 200 1 gesloten metalen drums voorzien van een

ontluchtings-,I

gaatje. '

De afvalstoffen uit groep 111 komen voor verbranding niet in aan-merking en dienen chemisch behandeld te worden. De afvalstoffen behorende tot groep IV worden verzameld in een geschikte ver-pakking)voorzien van een etiket waarop de inhoud, eigenschappen en naam van de producent vermeld staan.

Een deel van de tot groep IV behorende afvalstoffen komt voor verbranding in aanmerking eventueel na menging met stoffen uit groep I en 11. In het rapport van de werkcommissie afvoer

afvalchemicaliën wordt ervan uitgegaan, dat 100% van de verbruikte chemicaliën als afval verzameld wordt. Jaarlijks kan dan gerekend worden op een afvoer van ongeveer 28 ton. Het ontwerp van de verbrandingsinstallatie is gebaseerd op het chemicaliënverbruik in 1972 op de afdeling Chemische Technologie zoals onderzocht door H.G. Merkus in 1973 (lit. 5).

L

l :

l :

l:

[

,

[~

(~

[

.

l :

'.

[

,

[

,

[~

l!

)

[1

{

l J

n

0

n

n

n

r

l.

Per groep zijn de volgende hoeveelheden verbruikt:

I II III

IV

vloeibaar 3.470 I 26.070 I 1.840 I vast 80 kg 550 kg

Uit bovenstaande lijst blijkt dat de afvalstoffen behorende tot groep I en 11 het overgrote deel van de jaarlijks te verwachten afvalstroom uitmaken.

Hoewel aangenomen wordt dat alle chemicaliën als afval verzameld worden, is het niet bekend in welke vorm. De afvalstoffen uit groep I zullen sterk verontreinigd zijn met vetten, verf, zand, roet en

metaal-deeltjes. De afvalstoffen uit g~oep 11 zullen verontreinigd zijn met water, zoutoplossingen, vet, roet en metaaldeeltjes.

Voor de berekening van de verbrandingsinstallatie wordt ervan uit-gegaan dat de afvalstoffen uit groep 11 10% water bevatten. De invloed van de andere verontreinigingen is verwaarloosd, omdat deze invloed onvoorspelbaar is.

Bij het ontwerp is wel rekening gehouden met het feit, dat vaste

stofdeeltjes en viskeuze oplossingen probleemloos moeten

~kunnen

worden verwerkt.

Uit het voorgaande overzicht van de afvalstroom blijkt dat de gehalo-geneerde koolwaterstoffen een groot deel uitmaken van de te verwachten afvalstroom. De N.V. Afvalverwerking Rijnmond zal in de toekomst een maximale HeL uitworp mogen produceren van 350 mg/ Nm3 afgas.

Deze eis werd ook als maatgevend beschouwd voor onze verbrandingsinstal-latie. Dit betekent dat een gasreiniging noodzakelijk iS._.,Gekozen werd voor een natte gasreiniging, waarbij wordt gescrubd met water. Op deze wijze kan een 10% zoutzuuroplossing worden verkregen, die zonder kost-bare reiniging gebruikt kan worden als etsvloeistof door staalverwerkende bedrijven.

De jaarlijks te verwachten afvalstroom bedraagt 28 a 29 ton die ruwweg als volgt is samengesteld:

I '

l .

[

,

['

[~

r'

l.

t:

r ' r..,·

l

,

, J

rl

L J

~l

n

n

I

_l Naam gew. % aceton 18,0 ethanol 11 ,2 glycerol 8,8 \-later 7,5 methylethylketon 4,7 tetrachloorkoolstof 4,3 trichloorethaan 4,2 verfverdunner 4,2

laag viskeuze oliën 3,9 methyleen chloride 3,7

petroleum 3,5

ether 3,0

trichlooretheen 2,6

diversen 14,9

Indien de verbrandingsoven .15% van het jaar in gebruik is, d.w.z. één dag per \-leek of

éên

~

t

'

~

~k

per maand, dan moet worden verbrand 522 kg/dag (571 l/dag), ofwel 65 kg/h (71 l/h ), gebaseerd op een achturige werkdag.

Gezien het discontinue bedrijf van de installatie dient een aardgas-brander de oven op temperatuur te houden als b.v. gedurende één

\-leek alleen overdag afval verbrand wordt.

Bij het opstarten van de installatie zal ook steeds de aardgas-brander de oven moeten voorverwarmen.

Voor het op temperatuur brengen van de oven en het eventuele bij-stoken dient aardgas beschikbaar te zijn.

Voor het verpompen van het afval is stikstof nodig, hetzij aanwezig in vloeibare vorm hetzij in de vorm van een stikstofaansluiting van 3 atm.

Ik.. r ' l " L _ r . i l . r' I l . r'

I

l . L • l • , ~

l.

, 1 , J

l

n

n

n

10 Tabel 1

Fysische constanten van het afval van de respectievelijke be-standdelen (lit. 6)

Groep I

Naam Formule Mol.gew. (oC)

trichloorethaan 133,42 tetrachloorkoolstof CCl 4 153,84 methyleenchloride CH 2Cl2 84,94 trichlooretheen CH 2ClCCl2 131,40 chloroform CHCl 3 119,39 perchlooretheen CCl 2CC12 165,85 dichloorethaan (CH 2Cl)2 99,0 chloorbenzeen Groep 11 Naam Aceton ethanol glycerol methylethylketon ether methanol azijnzuur hexaan tolueen ethylacetaat benzeen pentaail glycol cyclohexaan propylalcohol xyleen tetrahydrofuraan dioxaan zwavelkoolstof butylalcohol 112,56 formule CH 3COCH3 58.08 C 2HSOH 46.07 (CH20H)2CHOH 92.09 CH 3COC2HS 72.10 C 2HSOC2H5 74.12 CH 30H 32.04 CH 3COOH 60.05 CH3(CH2)4CH3 86.17 C 6H5CH3 92.13 C~3COOC2H5 88.10 C 6H6 78.11 CH 3(CH2)3CH3 72.15 CH 20HCH20H 62.07 C 6H12 84.16 CH 3CH2CH20H 60.1 C 6H4(CH3)2 106.2 (CH2)40 72.10 C 2H50C2H40 88.1 CS 2 76.14 CH3(CH2)2CH20H 74.12 74,1 -32,5 76,8 -22,6 40,1 -96,7 87,1 -73,0 61,2 -63,5 121,2 -23,4 83,5 -35,7 131,7 56.48 78.32 290.0 97.57 35.0 65.0 118. 1 68.7 110.8 34.6 80.0 36.3 197.4 81.0 97.2 144 64.5 lOl 46.5 117.5 -55,6

d~Oi103

kg/m3 1.3492 1.597 1.336 1 .4456 1.498 1. 6311 1.257 1.1064 94.6 - 114.1 17.9 86.0 - 116.2 97.0 16.7 95 95 - 116.3 5,5 - 129.7 15.6 6.5 - 127.0 25 65 11.8 - 110.8 89.8 0.7922 0.7893 1.260 0.805 0.708 0.792 1.049 0.660 0.866 0.901 0.879 0.630 1. 113 0.779 0.804 0.897 0.888 1.034 1 .261 0.8098

L

r ' L • L _ r '

r

:

r

~

r'

I .

[

, I .

I'

l .

n

l

,

n

n

- _._-~

--\ I

Tabel 2

Gegevens ten aanzien van veiligheid en verbranding van de respectievelijke

afvalstoffen voor zover gevonden in de literatuur. (lit. 7.8).

Groep I

zelfontbr. expl.grenzen d4 )

Naam H (kJ/mol) Vlampunt (oC) temp. (oC) (vol. %) v P20(mm Hg)

Thrichloorethaan 837 4.6 105 Tetra 156 3 90 Methyleenchloride 415 662 15.5-66.41) 2.93 380 Trichlooretheen 1100 32 410 2.5-90 4.53 56 Chloroform 373 4.13 160 Perchlooretheen 419 5,83 15,8 Dichloorethaan 1118 13 413 6.2-15.9 3.42 63 Chloorbenzeen 3713 29.4 • 638 1 .3-7. 12) 3.88 10 3 ) 1) in zuurstof 2) bij 1500C 3) bij 220C

L

\2

I '

,

Tabel 3 Gegevons ten aanzien van verbranding en veiligheid.

; l , f • GroeE I I I , l . Zelfontbr. Expl.grenzen r ' _kJ

°

vol. % d P₂₀(mm Hg)

\ Naam H /mol. Vlampunt (oC)

temp. C v l . Aceton 1787 -17 540 1 ,6-15.3 2.01 180

[

, Ethanol 1373 12-14 425 2.3-19 1.59 45 Wasbenzine -43 237 1.4-7.6 3-4

[

~

Clycerol 1662 160 393 3.17 0,0025 Methylethy.lketon 2436 -5.5 515 1.8-11. 5 2.41 65

r'

Verfverdunner -18- i·l~5 I • Div. oliën

+

200 r ' Ether 2729 -40 180 1.25-36.5 2.56 442

,

I l . Petroleumether -20 280 1.1-5.9 2.5 Methanol 716 6.5 455 5.5-36.5 1. 11 95 r ' Azijnzuur 875 40 426 4-16 2.07 11.4 Hexaan 4144 -22 260 1 .2-7.5 2.97 100 r ' Tolueen 3914 6 535 1.3-7 3.14 22 Ethylacetaat 2248 -4 460 2.2-11 .5 3.04 73 r' _{Benzeen 3273 -15 550 '.2-8 2.77 75} Pentaan 3487 -40 304 1.5-7.8 A, 2.48 400 ( , Glycol 1180 111 413 3.2- 2.14 0.05 I

I

.

Cyclohaxaan 3926 -18 267 1.3-8.4 2.9 77 Propylalcohol 2009 15 371 2.1-13.5 2.07 10

[

:

butylalcohol 2675 29 365 1.4-11 .2 2.55 5.5 Kerosine

±

38-74 330 0.7-5 4.5 r 1 Xyleen 4563 30 465 1.1-7 3.66 10 THF 2721 -17 260 1. 5-12 2.5 114

~~l

Dioxaan 2721 12 180 2-22 3.03 28

~l

:1

n

n

n

n

l

L

I • l _

f

.

!

,

t :

f' I l •

'·

1 .

l . r -, I I I ,

[1

[l

n

n

n

De onverzadigde chloorverbindingen zijn sterk narcotisch maar minder giftig dan de verzadigde chloorverbindingen. Bij verzadigde chloor-verbindingen is het narcotisch effect afhankelijk van het aantal chlooratomen en wel recht evenredig daarmee.

Bij verhitting tot de ontledingstemperatuur van gechloreerde kool-waterstoffen ontstaat het zeer giftige fosgeen. De

verbrandings-o

temperatuur dient tenminste 1400 C te bedragen om de vorming van fosgeen en chloor te voorkomen.

Het in groep 11 vermelde afval bevat enkele zeer brandbare stoffen. Bovendien is het zeer waarschijnlijk dat de zich boven de afvalv10eistof bevindende damp zich in het explosiegebied bevindt. Grote voorzichtigheid bij opslag en transport is hierbij dus een vereiste.

De in de tabellen vermelde verbrandingswaarden (H ) is de "larmte die vrijkomt \-lanneer de vloeibare brá"ndstof wordt verbrand tot vloeibaar water, gasvormig CO

2 en gasvormig HCl bij 20

o C.

De stookwaarde (H ) van een brandstof is gelijk aan d.e.

verbrandings-u

waarde (H ) verminderd met de hoeveelheid vrijkomende warmte ontstaan

o

door condensatie van het in, de rookgassen aanwezige "later.

Het water is deels vocht dat aanwezig was in de brandstof, deels ontstaan als verbrandingsprodukt.

Het verband tussen beiden wordt in onderstaande formule gegeven (lit.

9).

W

=

watergehalte van de brandstof in kg/kg h

=

waterstofgehalte van de brandstof in kg/kg H en H in kJ/kg

o u

Met behulp van de voorgaande tabellen kan de "brandstof" voor de verbrandingsinstallatie nader worden gekarakteriseerd.

L. r ' I l . r

l

["

r

.

, [ ' I I ! ~ I i

r:

r '

l

.

n

n

n

---_.-

--._

-

\4-Tabel 4

Groep I Hoeveelheid/jaar warmt

_g

vrij/jaar Samenstelling

1 kg k.mol 10 .J kg C kg H kg Cl trichloorethaan 900 1214 9.10 7.618 218.60 27.52 967.88 tetra 800 1275 8.29 1.294 99.55

°

1175.54 methyleenchloride 800 1068 12.58 5.224 151.02 25.35 891.64 trichlooretheen 500 731 5.56 6.114 133.56 5.60 591.76 chloroform 300 447 3.75 1.400 45.04 3.78 398.26 perchlooretheen 100 162 0.98 0.410 23.46 0 138.54 dichloorethaan 50 63 0.64 0.711 15.29 2.58 45.13 chloorbenzeen 20 22 0.20 0.743 14.08 0.99 6.93 Totaal 3470 4982 41.09 23.51 700.6 65.82 4215.7 In kmol: 58.33 65.30 118.9

De gemiddelde verbrandingswaarde (H ) voor groep I kan nu berekend worden

o

uit de bovenstaande tabel.

De totale vrijkomende warmte bij verbranding van 4982 kg is 23,51 ~IJ

H

o

3

=

23,51.10

4982

=

4719 kJ/kg

Bij de stoffen in groep I is geen water aanwezig (onmengbaa~) dus H

Uit de samenstelling blijkt dat het waterstofgehalte

h

=

0,0132 kj/kj

Ho

=

Hu + 2260 (0 + 9.0,0132)

kJ/"j

4719

=

Hu + 268

kJ

/I.<j

H

=

4451 kJ/kg.

u

Deze brandstof heeft een te lage stookwaarde om zonder bij stoken te kunnen worden verbrand.

Bovendien bevat de brandstof te wèinig waterstof om het chloor tot zoutzuur te verbranden.

.:.

L.J

\S

! . Tabel 5

l "

Gegevens groep II Hoeveelheid/jaar _{verbrandingswarmte/jaar}

r . 109J

l.

1 kg k.rnol _{kg C kg H kg 0} Aceton _{6500 5111 88.0 157.32} 31.71.0 532.2 1407.9

l :

Ethanol _{4300 3395 73.7 101.21} 1770.2 445.7 1'79.1 Wasbenzine ₂₀₀₀

L

Glycerol 2000 2523 27.4 45.54 _{987.2 220.9 1315.1} Methylethylketon _{1700 1370 19.0 46.30} 912.8 153.2 304.0

[

~

Oliën Verfverdunner 1500 ₁₃₀₀ Ether _{1200 852 11 .5 31.39} 552.3 115.9 183.9

r'

l

"

Petroleum 1200 Petroleum-ether ₆₀₀

['

Methanol _{500 396 12.36 8.85} 148.4 49.8 197.8 , . Azijnzuur _{500 525 8.74 7.65} 210.0 35.2 279.7 I Hexaan 500 330 3.83 15.87 _{276.0 54.0} l. _Tolueen 400 346 3.76 14.72 _{315.8 30.2}

·.

r·

Ethylacetaat _{300 270 3.06 6.88} 147.2 24.7 98.1 l . Benzeen 300 _{264 3.38} 11.06 243.6 20.4 Pentaan _{200 252 3.49 12.17} 209.8 42.2

[

~

Clycol _{200 223 3.59 4.24} 86.3 21.7 115.0 Cyclcohexaan _{200 156 1.85 7.26 T~3 .6} 22.4

[

~.

Propylalcohol _{150 120 2.01 4.04} 71.9 16.1 32.0 Butylalcohol _{100 80 1.09 2.91} 51.9 10.9

_-

17.3

I

Kerosine ₁₀₀ l . Xyleen _{100 88 0.83 3.79} 79.6 8.4 r l T.H.F. _{·100 89} 1.23 3.34 _{59.3 9.9 19.8}

.

J

_Dioxaan 50 52 0.59 _{1.61 28.3 4.8 18.9} Diversen ₇₀

[1

Totaal _{16442 269.4 486.15} 9455.2 1818.6 5168.6

n

~'l

n

n

n

l.

- - - _{' - - . _}

-r ' L • r .

l

r:

r'

l •

r

r,

l

,

[1

l

n

n

n

r

Van de gedéfinicerde stoffen is de verbrandingswaarde: 6

H ; 486,15.10

=

29570 k. _J/kg

o 16442

De stoffen die niet nader gespecificeerd zijn in de tabel, nl. wasbenzine, petroleum, petroleum-ether, kerosine en de diverse oliën worden beschouwd als koolwaterstoffen. Om de berekeningen te vereenvoudigen, wordt voor deze ongedefinieerde stoffen de aanname gedaan dat ze een formule (CH

2)n bezitten, een dichtheid van 0,8 kgf m3 en een verbrandingswaarde van 48.1 MJ/ kg hebben.

Dan is de volgende tabel te maken; de getallen hierin slaan op de hoeveelheden per jaar.

kg 109J kg C kg H kg 0 Gedefinieerde stoffen 164L~2 486.15 9455.2 1818.6 5168.6 Ongedefinieerde stoffen: 5416 260.72 4637.6 778.4 0

Totaal 21858 746.87 14092.8 2597.0 5168.6

In groep 11 wordt verondersteld water te zitten en wel ongeveer 10%. Het totaal van groep 11 wordt dan 21858 + 2186

=

24044 kg/jaar. De totale verbrandingswarmte is 746,87.109 J/ jaar

H o 9

=

746,87.10 24044

=

31.063.10 6 J/kg

=

31063 kJ/kg. H

=

H + 2260 (0,1 + 9,0,1077) H en H in kJ/kg o u 0 u 31063

=

H + 2417 u H

=

28645 kJ/kg u

De totale voeding zal bestaan uit een mengsel van groep I en 11, van dit mengsel wordt de stookwaarde berekend.

-L..

,

' f ' I

l.

r '

l ,

[

~

r'

l .

r' L • r ' l . r ' l .

r:

,-, L ; I

~

n

n

n

n

r

H

₌

4451 kJ/kg Totaal 4982 kg

uI

H

₌

28645 kJ/kg Totaal 24044 kg

u

_II

(H x aantal kg groep I)

+

(H x aantal kg groep

II)

H

=

uI u

_II

u _mengsel ---

---totaal aantal kg groep I en 11

(4451 x 4982) + (28645 + 24044)

=

~--~~--~~~~~~--~--~ 4982 + 24044 6 J H

=

24,49.10 /kg u mengsel H mengsel o 31063. 24044 + 4719 •• 4982

=

--~2-4~0~44--+--4-9~8~2----~~~

Samenstelling van de brandstof in kg per jaar

C H 14793,4 2662.8

,

-o

Cl 5168.6 4215.7 Totaal 29026

,

\

!l

( ! L , r ' l . [ ,

l .

[ ' [ I r ' ,

.

[ '

l .

:

1

f

1

f1

n

n

n

0/ '. -J

IV. Beschrijving van het proces

De afvalstoffen behorende tot groep I en 11 worden aangevoerd

v in metalen drums vanVmembraanpompje ~) overgepompt in de

opslag-. tanks V 2' In deze opslagtanks worden de afvalstoffen bewaard

. I ) I

t\'N":

·'7.,v1-

onder stikstofdruk in verband met explosiegevaar. Tijdens het vullen

_ .... ~ '\J.

,J

r ' - van de tanks moeten deze kunnen worden ontlucht.

,,,,'J

r/'

Eveneens in verband met explosiegevaar zijn de opslagtanks voorzien van breekplaten die ook als mangat dienst doen. Met behulp van stikstofdruk wordt de inhoud van de opslagtanks overgepompt in de dagtank V

3) die voorzien is van een roerwerk. De inhoud van V3

3

is 0,5 m , de produktie van 1 dag. De inhoud van de dagtank wordt

/8

met behulp van stikstof overgepompt naar de brander. Een grof filter (M 4) met een maaswijdte gelijk aan de kleinste doorlaat in de brander

.

/

\I'I-l

(4 mm) is achter de dagtank geplaatst.

Wanneer het afval in de oven komt) moet deze al een temperatuur van ~

ongeveer ~C hebben om een volledige verbranding te waarborgen . De oven wordt hiertoe door verbranding van aardgas op temperatuur gebracht.

De vloeistof wordt verstoven door middel van centrifugaalkracht in de rotary cupbrander • (t'\ b) ",

Een blower (PS) zorgt voor de benodigde verbrandingslucht. De rotary cupbrander is ook geschikt voor het verbranden van aardgas. Met aardgas wordt de oven (~) op temperatuur gebracht en indien nodig wordt met aardgas bijgestookt.

De brander wordt zodanig geregeld geregeld dat de oventemperatuur

. . 0

ongeveer 1500 C bedraagt •

. Aan het eind van de oven wordt h.r

a.ç

kOe.\i,.,.3 verdunningslucht toe-gevoegd. Deze secundaire lucht zorgt tevens voor naverbranding van onverbrande deeltJes.

Na de oven wordt het rookgas gekoeld in derecuperator Ha en in de ongeisoleerde leiding tussen recuperator en gaswasser Mg'

Het rookgas komt met een temperatuur van ca. SOOoC de ejecteur-venturi-gaswasser binnen. Hierin wordt het rookgas door de

wasvloei-\_

...

J.,.. ..

"'l....~

.. stof adiabatisch afgekoeld tot 6c/C.

.~ ~.~

L_ L ,

[

:

[

:

[ '

l .

! '

[

~

l J

11

[l

11

n

n

n

l . "\ )

Door dit water wordt het rookgas tevens gereinigd. Via de mistafscheider M,O worden tenslotte de gewassen rookgassen verpompt naar de recuperator HS' Hier worden zij opgewarmd tot een temperatuur van ca. 300oC, bij welke temperatuur zij in de atmosfeer worden geloosd.

Het in het rookgas aanwezige zoutzuur wordt in de ejecteur geabsorbeerd door het water. De zo ontstane zoutzuuroplossing wordt in de

mist-afscheider M.oafgescheiden, in het filter M" gefiltreerd en tenslotte opgevangen in een verzamelvat V'2' Wanneer hierin ._~~n concen:tratie van 10% is bereikt, wordt de oplossing afgetapt en verzameld in opslagtank

~3' De sterkte van de oplossing in het verzamelvat V

12 wordt continu gemeten met een pH meter of dichtheidsmeter. Discontinue bepaling van de oplossing kan gebeuren door middel van titratie.

Een vlotterschakelaar in het verzamelvat V'2 stuurt de klep in de waterleiding. Op die manier wordt juist die hoeveelheid water toe-gevoegd, die verloren gaat deels, door verdamping, deels door aftapping als zoutzuuroplossing.

De brander, die een warmteproduktie van 450 kW moet verzorgen. teneinde de oven op de gewenste temperatuur te houden,_ is regelbaar vanaf

15 tot 100 kg/h vloeistofbelasting. De brandstof uit

dagt~nk

V

3 heeft

gedurende de gehele dag een constante samenstelling wat de regeling van de verbrandingsoven vereenvoudigt.

(' -De stookwaarde van de brandstof kan variëren van 16.103 tot lOS kJ/kg.

3 kJ

Wanneer de stookwaarde lager is dan 16.10 /kg moet met aardgas bij-gestookt worden. Dit zal hoogstwaarschijnlijk slechts zelden nodig zijn. De hoeveelheid verbrandingslucht en verdunningslucht varieert weinig wanneer de oven een warmteproduktie van 450 kW heeft. De regeling is daarom eenvoudig.

De invloed van het chloorgehalte en het watergehalte in het rookgas op het gaswassingsgedeelte is klein daar de concentratie- en niveau-regelaars in het opvangvat V

12 ervoor zorgen dat de zoutzuurconcentratie steeds 10% bedraagt.

-

---

De dampspanning van een 10% zoutzuuroplossing is echter bij 690C

hoger dan de toelaatbare partiaalspanning van zoutzuur in het afgas. Door wassen met een basische wasvloeistof in de tweede ejecteur wordt het resterende zoutzuur uitgewassen.

L

r'

l .

L

r:

r:

r

'

l.

r ' , ,

.

r '

.

l

i

r'

l. r ' X.I I l . 1 •

r

1 I l J

,[1

f1

[1

n

n

n

n

r'

I I , I ( \ I

ft

.

I ,\J

L

. ,r L .

Een regelklep na de laatste gaswasser wordt gestuurd door een druk-meting in de verbrandingsoven. Op deze wijze wordt een constante wassingsefficiency verkregen, terwijl de druk in de oven constant

,,-"--, 0 mm 'waterkolom blijft.

l,

·

De waakvlam van de brander wordt elektromagnetisch ontstoken. Daarna

--... ...

----wordt de aa~jastoevoerleiding geopend en de oven wordt voorverwarmd tot de gewenste temperatuur bel'eikt is. Tij dens de opwarmperiode is de gehele installatie in bedrijf.

Wanneer de gewenste temperatuur bereikt is, wordt de aardgastoevoer gestopt en wordt het chemisch afval in de oven gebracht.

Nadat de gewenste hoeveelheid af.val verbrand is, wordt de vloeistof-leiding gesloten en met stikstof schoongeblazen. De aardgasleiding wordt nu geopend en de vlam wordt zodanig geregeld dat de oven 's-nachts

niet te veel afkoelt, terwijl de temperatuur in de r.ecuperator niet te hoog mag worden. Het deksel van de recuperator wordt geopend zodat de verbrandingsgassen rechtstreeks in de lucht worden afgevoerd.

De opslagtanks V

2 en V3 zijn vanwege het explosiegevaar voorzien van breekplaten. In de oven R7 bevindt zich een vulklep die tevens dienst doet als explosiepeveiliging. De recuperator is voor dit doel voorzien van een losliggend deksel.

10

Een vlambewaker zorgt ervoor, dat de kleppen in de brandstof toevoerleiding worden gesloten zodra de vlam uitgaat. Stikstof kan in dat geval

doorgeleid worden om de zuurstofconcentratie in de oven te verlagen, en zo het explosiegevaar te verminderen.

L .. r' , r , r , I , l J n I

I

l j

[1

II

n

n

n

V.

S.A. S.A.1.

BESPREKING EN MOTIVERING VAN DE KEUZE VAN DE APPARATUUR

In de grote industriële verbrandingsinstallaties wordt vast chemisch afval meestal verbrand in een draaitrommeloven. Achter deze draaitrommeloven is dan een naverbrandingskamer aangesloten waarin het vloeibare chemisch afval wordt verbrand na verstuiving met stoom of hoge druk perslucht in één of meer aangepaste

ol:i,ebranders.

De capaciteit van deze verbrandingsinstallaties is circa 2 ton/h vast chemisch afval en circa 2 ton/h vloeibaar chemisch afval.

Een dergelijke installatie kan wel vloeibaar chemisch afval

verbrandèn in de naverbrandingskamer als de draaitrommeloven niet werkt; het omgekeerde is niet mogelijk.

Het voordeel van de draaitrommeloven ten opzichte van de con-ventionele roosteroven is dat door de afwezigheid van roosters, verstopping door gesmolten chemicaliën niet kan voorkomen.

Als gevolg van het draaien van de trommel is het contact tussen

het chemisch afval en de lucht voldoende om een go~de verbranding te waarborgen (vergelijk dit met de werking van een trommelwas-machine) •

Een nadeel van de draaitrommeloven is dat bij de vallende beweging van het halfverbrande afval veel lichte deeltjes worden

mee-2\

. gesleurd door de verbrandingslucht. Derhalve is een naverbrandings-kamer waar deze deeltjes verder verbrand worden, noodzakelijk.

Wanneer de draaitrommeloven in bedrijf is, kan in de naverbrandings-kamer vloeibaar afval met een lage verbrandingswaarde worden verbrand. (als ondergrens geldt een verbrandingswaarde van circa 10.000 kJ/kg). Een deel van de verbrandingslucht is namelijk voorverwarmd in de draaitrommeloven.

L •

r :

r '

l

-l:

{ 1 \. J

[1

n

n

r

l

figuur 2, Verbrandingsoven

1 Verbranui ngsruimtc

2 13ranuer

3 Hecupcrator

4 luchtkanaal voor verbranuingslucht

5 Luchtkanaal voor vcrd.unnir'Gslucht

6 Ventilator

7 Vulopcninu,tevcns beveiliging tegen explosies

8 Vultrechter

9 hangat

10 Kijlq;laG, tevens aansluit inCS voor r.:cetapparatuur

11 A1!llSlui ting voor meet- en analyse apparatuur

12 AansluitinC voor koellucht

f

010

,

•

..

..

, \ 7 010

010

,a,

.

l ... ___ ,

_.t---..

3 . :;:<:):0.:.::";': : .. .,...

~.:-:"::-:

.

~~

.

:

.-:;:;:::-::-.. :: .. :.:-:.:7':.t.;;.;;r: .

-::

.

::.

:-:

~

-;

!.

::-:;'-:-:-

.":"";

:-:

"

:':-:'

:

"-:-:

'.

;~~

.:

:7

•.

~

.:

:-:.:-:.7

:: ::::

'

~::

"

;

~

'

:-:

"

.

::

:-

.

~~

.'-

:.:

::-:.:

.:

:-::~-;

.:

7

::

.-::

:.:"-:·. ::.:~.:-:~ ~--::

:::~':-:-~

'

:-:'::.-:-\:::'~:-/.-

:

"':':i-:-·

:,"'-:

.~

..

:-"::-:'.-~

.-::-:

~-:~-~

"

-::';-:"'-:::-':-:-::-;~:~~:-': .-~

:-~-'. ~'-.:.-::.).'. :'~>

777X~~

>'77//< "'"

Y7/;(<:\/0' 777

11

2'2

-·

•

•

~

,

.

I L

{

, l • r ' I l .

[

~

r ' l .

[

~

r ' I [ r ,

r,

I

I l J

n

n

n

n

r

I

,

Dergelijke verbrandingsinstallaties zijn o.a. in gebruik bij de NV.Afvalverwerking Rijnmond (lit.2 fig.3) en BASF AG.

(lit.20,21,22 fig.4)

23

In sommige gevallen wordt het vloeibare afval rechtstreeks

in de draaitrommeloven verstoven.Deze methode heeft het voordeel,dat

de verbranding van vloeibaar afval die van vast afval kan ondersteunen.

Een

verbrandings-installatie ,die volgens dit principe werkt is die

van Logan Township,

New Yersey ( lit.23 fig.5)

Vlanneer geen speciale branders beschikbaar zijn voor de

verbranding van vloeibaar afval, wordt het vaste afval gedrenkt met

vloeibaar afval.

( 1

r'

.-:.,. .... • llraaitrommelovens

l •

I •

Jllld 3: Dr.hofenanlage I für 25 tato Cbemleablälle

r • I

I Faaaufgabe 6 Zweitluf'.cinlaB

2 DickstolChre:mer 7 Smmut; wasscrdûse

3 Frischluf!gcb!äse 8 Wanni:!n für \Vasser·Ol-Gcmisch

~ Lurtvorwümer . 9 Abhilz~kcssel

S Rückstandsbrenner 10 Saugzug mit Raumga",ohr

fi~l4 Installatie BASli'

i ' l .

[

, L • ( ,

[

, ..-::-. Doorsn.:de tron:r.:eloven

t

i3·3 Installatie AVR

I I

, .J

rl

l

n

n

n

~i~.

5 InstallatieLogan l].'oVJnship

-

--

_-

-IU

I

l ~ r '

l.

1:

L

[

,

L

I ['

I

[

:

[

:

[

:

[

~

[

~

r ;

n

n

r1

n

n

n

l:

5.A.1.2. Verbranding op kleine schaal zonder voorafgaande verstuiving.

De eenvoudigste methode om vloeibaar afval te verbranden is die bij gebruikmaking van zgn."Open Pit Incinerators" Het afval wordt hierbij in een put gegoten en aangestoken. Dit is een uiterst eenvou-dige en goedkope methode.Het grote nadeel is,dat door onvolleeenvou-dige verbranding een sterke luchtverontreiniging optreedt.

Oorzaken van deze onvolledige verbranding zijn een slecht lucht/ brandstof contact en een lage verbrandingstemperatuur. (lit. 24)

Men verkrijgt betere resultaten,wanneer met ventilatoren lucht wordt opgeblazen(lit.25,26 fig.6)

2.S

Een verbrandingsoven,die hierop gebaseerd is,is de cyclonische vlamoven van Lucas Ltd.(lit.27,28 fig.7). Hierin wordt lucht met grote 'snelheid tangentiaal ingeblazen. Verbranding vindt plaats na verdamping vanaf de vloeistofspiegel. Regeling van de oven gebeurt door variatie van het vloeistofoppervlak.De bodem is ionisch

uitgevoerd,zodat een niveauverlaging gepaard gaat met een oppervlakte verkleining van de vloeistofspiegel.Uet voordeel van dit oventype is de eenvoudige constructie. Een nadeel is de slechte regelbaarheid. Vooral chemisch afval bestaande uit componenten met sterk verschillende vluchtigheden,kan aanleiding geven tot moeilijkheden.

Volgens het Concawe rapport(lÏt .• 3) zijn er nog geen voorbeelden van goed functionerende praktische toepassingen van dit oventype.

Een verbrandingsoven,die vooral geschikt is voor de verbranding van laag calorisch of sterk visceus afval,is de verbrandingsoven,

ontworpen door de Air Preheater Company. Het vloeibare afval valt door een trechter in de oven,die is voorzien van zeefplaten.

Tussen de zeefplaten bevinden zich gasbranders,die de vloeistof doen verdampen en verhranden,indien de verbranding zichzelf niet kan

onderhouden. Voor vluchtige of zeer brandbare stoffen is de oven minder geschikt omdat dan de regeling van de brandstoftoevoer te indirekt is (lit.29 tig.8)

L •

[

,

[

,

[

,

[

,

n

[1

[1

n

n

Nozz!e

figuur 6, Open put verbranding

Blower

Pit

iit

'T

cam!!! 10 S~II

lOeAl eûlDllIOIS

omO~Al Rm.~IOR' SHP

rOR lIO~IOS

.1

. _{Open pit incincrator section. (Courtesy ol E.I. duPont d~:}

I

r' I i , r •

L

r I I f-l I 1 ,

..

n

I

1

n

n

rl

, 1

r

[~

"

Burning liquid

wast es

I

I

I

I " Ccn$iderG~!~ 5w;'dll~ roused by cnç(e~ tXJrne.-s

L-

"

-Sfl Sin di>:; f -( 2,'f 9 in ~rli:a: t,f:Î:)hU Fig.

iJ

4 cross-section of (he new Lucas furnace " f'

I

I

_.

I

. i

COMBUSTlOIi SHAFT START UP BURNERS AUrlllA!lY FUEL aU~:IER /

I

I

I 'j I

/

lhe fluidised-bed furnace

The Air Pre heat er Company, Inc.,

- '"' "

,.

\ 2IJ; -

_,

-FLU!:JISII~G A!;D cOr.t)USr;~N - : 'IR -WASTE GAS 10 GAS

CLEANING PLANr

I

!

I

f 1

L

I l • [ ,

l.

r

'

L

[

~

L:

[

~

r :

5.A.l.3 •

.

.

[

.

['

[

:

r

1 . I

l )

fl

l

J

I

rl

[l

[1

n

n

n

l I

l.

Verbranding in Çluide bed ovens wordt veel toegepast voor de

verbranding van zeer viskeus afval en veel water bevattende emulsies. (lit.3,21,30,31,32,33 fig.9)

Het voordeel van een fluïde bed oven is een zeer volledige verbran-ding door: zeer goed lucht/brandstof contact,lange verblijf tijd bij hoge temperatuur,en uniform temperatuurprofiel.

Daar tegenover staan: Hoge installatiekosten (warmtewisselaar,hoogwaar-dige ovenwand bekleding) en hoge operationele kosten door vervuiling van de warmtewisselaar door meegesleurd zand en door mechanische slijtage van de ovenwand.

Deze methode bestaat in zijn een~oudigste vorm uit een in de open lucht opgestelde oliebrander waaromheen een ring van vuurvaste stenen is geplaatst.Deze stenen dienen als aansteekstenen,wanneer de vlam hapert. ( lit. 24, 26, 34; fig. 10) ·

.1

\

"

.

Voordelen van deze open vlam verbranding zijn: a.Lage installatiekosten

b.lage bedrijfskosten

c.Kleine warmtecapaciteit,waardoor de brander snel op de vereiste temperatuur is.

d.Zeer veilig.Bij een complete verbrandingsoven is de verblijf tijd van ,/ de rookgassen in· een afgesloten ruimte vrij groot. Hanneer de vlam

uitdooft en de brandstoftoevoer niet tijdig genoeg wordt gesloten of wanneer de verbranding onvolledig is,waardoor koolmonoxyde wordt gevormd, kan een explosief mengsel ontstaan in de oven.Bij open vlam verbranding is dit explosiegevaar veel geringer.

Nadelen zijn:

a. Afhankelijkheid van weersomstandigheden.Bij regen en harde wind zal de brander slecht branden. Goed weer is nodig om een snelle diffusie van het rookgas in de atmosfeer te bewerkstelligen. Een storing uit zich direkt in een sterke luchtverontreiniging door rookvorming.

LJ

L

·1 r ' I ) l ,

fl

n

n

n

I j I , C"""'T~·r:u~:'" P..:""?' ~'50 \,.Is.'i ~.l'\ .. ,,:-."20 ft.

Diagrammatic view of the installation of the Prt>cess Wasje Burner at Naugatuck Chemicais.

Depreciation (6'13% on $1,153). labor

Maintenance

Slcam 2 Ibs/gal waste

Auxiliary Fuel (Propane @ OAO/gal) Tons Burned

Cost per Ib

Fig. 2. Outdoor '!laste burner:

1} Air, 2) solvent, 3) gas, 4}

,burner stones.

" I

cost balanee of such an installation is the following: Installation eost . . • • . .. 1153 (pounds sterling Deprcciation/year. 77

Labor. , . , , , . 1030

Maintenance. , ',' • Auxiliary fuel, . • . , .•• Stean1 . . . , , . • . • • • Total I 50 ~o"/'1f!,o."\

1200 142 83 2532/year A

,

150 $0.0084 1963 $ 77.00 , 1,030.00 1,200.00 83.00 142.00 $2,532.00

..

I I

L

I l ,

l :

.

[

, i ' I

l '

r :

1-'

l ,

r'

[ !

lJ

n

r

I ,

I

b. De brandstof moet schoon zijn.Dit betekent vrij van zwavel en halogenen.Het rookeas wordt immers niet gereinigd.

c. De nabijheid van woonkernen is ongewenst in verband met de

,eerdergenoemde bezwaren.

d. De verblijf tijd van de afvalstoffen bij hoge temperatuur is kort.

Een verbetering verkrijgt men,wanneer de brander op een schoorsteen wordt aangesloten. Door de verbrandingslucht tangentiaal in te voeren krijgen de rookgassen een cyclonische beweging, waardoor de verblijf-tijd in het hete gedeelte van de schoorsteen wor~t' ,verlengd.

De verbranding wordt dan vollediger.

Vaak is een keel tussen het hete en het "koude"gedeelte

30

van de schoorsteen geplaatst.Na de keel wordt extra lucht ingeblazen, deels om de rookgassen te verdunnen en derhalve te koelen,deels om de onverbrandde deeltjes na te verbranden door extra luchttoevoer. Deze lucht wordt ook wel secundaire verbrandingslucht genoemd.

~\

Het grootste deel van de verbrandingsovens voor de verbranding van vloeibaar chemisch afval is op deze wijze geconstrueerd. De voordelen ten opzichte van de open vlam verbranding zijn:

a.Een betere en vollediger verbranding.

b.Minde~ overlast van het afgas,dat immers door een schoorsteen wordt

geloosd.

c.Bedrijfsvoering onafhankelijk van de weersomstandigheden.

Van de nadelen van de open vlam verbranding blijft alleen die van de afwezigheid van rookgasreiniging over.

Voorbeelden van dit type verbrandingsoven ook wel vortexoven genoemd, zijn:

1. Thermal Research Liquidatur verbrandingsoven (lit.35,fig.11) 2. Prenco Verbrandingsoven. Deze verbrandingsovens zijn in de U.S.A.

bijzonder veel in gebruik,bijvoorbeeld bij:

a.General Electric Bridgeport ( capaciteit 150 l/h) (lit.36 fig.12) b.Chrysler Corp.Twinsburg (capaciteit 2000 l/h) (lit.87 fig.13) 3. Verbrandingsoven ontworpen door PPG Industries Inc.(lit.38 fig.14) 4. De verbrandingsoven ontworpen door Midland Rovv Corp.(lit. 39 fig.15) 5. De verbrandingsoven beschreven in het Concawe rapPDrt.(lit.3 fig.16)

L..

r '

[

.

r'

Y,'AST( IN!ECTOR

. ASSEVOL1

.. -U:"U~EO STACK

~FRESH

AIR INTAKE i

. fREE STA~DING

INTERlOCKING REFRACTORY--t---4.--'J

MODULES 1"---.lJ

FOR TUR30-e~OWER :

. & AFTERBURNER FAN:

AIR CO NE

--I

[

~

MPERATURE

MEASURING INSTRUMENiS

n

HIGH VElOCITY AIR SUPPLY AI~·\'IASTE ENTRAINM"NT

L

~ COM?ARTMENT L

J

WASTE lINE

n

.

UPPER NACELlE

I

I

I

I I !

i

i

- -DECOM?OSITION

CHAMBE~

I

DECOMPOSITIOt~ STREAM LOV/ER NACEllE AUXllIARY fUElLINE - - - - C l CrYl'JrAI .. _re .VJ'-=Q . . 11~~ . . . Chrysler Corp.'s I Twinsburg, Ohio, p ant

A

\

!.I"I~

r • I l . : . 1 l .

r'

l .

[

:

[

~

r ' l , r 1 l J

n

n

n

n

n

I

I •

---=

-==--.---=-Mldlllnd-Ross Corporation, Clcveland. Ohio 32.

L

[ '

l "

l

~

l :

[

:

r:

[

~

[

:

[

:

r'

l.

r '

,

.

[

~

I'

L ,

r

~

l j

n

n

n

n

n

n

I

_{I .}

m

0 r--l!'\ C\J

~

165 o o l!'\ C\J I I· I 1270 mm air flÓvl for eooling eooling air inlet duet eombus\ion air inlet

33

I

~

\ -==---~---'\

I

I

i

3

gas tangential" inlet po:r·ts tangen'dal air inlèt ports ~I _I

FIG. 1

b

VORTEX INCINER.'\TOR

(LOHER SEC'l'ION) air for' ~~--~ sludgeburners . sludge burners \ eombustion air ~ \for ;;upporting

1---\. gas burners and

eoclbustion ehamber

I

i i I I !

" I [ , l •

I.

r ' , l J

.

L~

..

. ~-:'-", . r ' r .

SECTIONAL PLAN - FURNACE

.

.

REFACTORY LlNING (CASTABLE)

.CARBON STEEL CASING

REFACTORY AIR TUYERES REFACTORY WALL TUYERE AIR SHELL; BAFFLE SHELL

i

I ~.

I

!

I

NOTE. 3 AIR STREMAS

SU?PLI!:D TC

INCINERATOR 8Y FORCED

DRAFT FAN •

1.) COMBUSTION AIR TO TUYERES

2.) COMBUSTION AIR TO BURNER

WINDBOX 3.) COOl! NG AIR TO OUTS! DE OF REFACTORY WALL BAFFLE COOLING AIR FLOW THROUGH ANNULAR SPACE ~1 BAFFLE SHELL ---~ l j

[]

[]

n

n

n

n

r

, I .

ANNULAR SPACE FILLED

WITH

AIR UNDER PRESSURE

FOR .-->,.--7/'

TUYERES----_______________

~

TOP ROW OF AIR TUYERÊS

'''\REFACTORY COOLING AIR MIDDLE ROW OF _ _ _ _ _ _ 4t-~~~ , AIR TUYERES HIGH-TE MP REFACTORY ---I+--l.!J.Jl BonOM ROW OF AIR TUYERES AIR TUYERES ARE TANGENTlAL, TO PROVIDE HIGH VELOCITY SWIRLING OF CASES DAMPER

. V

COMBUSTIO~

AIR TO TUYERES WINDBOX ~~====~~~~BURNER NOZZLE

o

0 i

I

J

.

I

.COOLING AIR PORTS

CAST IN REFACTORY

SLAB

GAS BURNER RI N G

REFACTORY COOLIt-IG

AIR (FORCEO DRAFï)

~~~~~--~~~~-:E~L~E~VA:T~I~O~N~---CASTABLE

REFACTORY ;

Rohm and Haas

incinerator at Houston, Tex. , j

I

I

,

I

L

I . , L • [ .

l.

[

:

[

:

l . r ' r· I. [ ,

[

:

r ' r 1 l ,

n

n

r

I

3S

Ook worden deze vortexovens wel horizontaal geplaatst en aangesloten op een schoorsteen of een gasreinigingssectie. Voorbeelden hiervan zijn:

1. Een oven ontworpen door General Electric Company, Indianapolis. (lit .•. 40; figl?)

2. Een oven ontworpen door Mac Millan Bloedel Ltd.(lit. 41; fig. 18) 3. De Lodby verbrandingsoven (li t . 23; fig. 19).

4. De York Research Liquid Haste Incenerator ( lit .• 43; fig. 20) 5. De verbrandingsoven die als basis diende voor ons voorontwerp. ( lit. 42; fig. 21).

De brander is bij de meesto ovens aan een van de uiteinden geplaatst, maar zoals uit de afbeeldingen blijkt wordt de brandstof ook wel radiaal ingespoten ( fig.1~16, 11,14) en tangentiaal (fig. 17).

Het voordeel van een horizontale opstelling, met de brander aan één der uiteinden, is dat vast afval kan Horden toegevoegd door een vul-opening. Het afval wordt aangestoken door de vlam van het brandende vloeibare afval. Het reinigen van de oven en brander is betrekkelijk

".

\,

eenvoudig.

Een radiale brandstofinspuiting heeft het voordeel dat de verbijftijd inde oven wat langer is. Daartegenover staat het nadeel dat de oven zeer ongclijkmatig belast wordt. Aan dit bezwaar is tegemoet gekomen door verscheidene branders in de oven te plaatsen. Voor de betrekkelijk geringe capaciteit van de te ontwerpen verbandingsoven is dit echt~r

niet haalbaar. Wanneer de te ~erbranden hoeveelheid afval circa l m /h bedraagt, is een radiale inspuiting via drie of vier branders met tangentiale luchtinlaat de beste oplossing.

r' L • r'

.l.

r

1 '

l

r '

l.

[

:

n

n

n

n

"M).. ....

iv.>J.

(14 ,

.

24

General Electric Company,

Indianapohs. Ind.

"

,

'

.' _ij 98 82-, -~.:.~-=::..:.:aO·~-~--4(}· :-:.=-:::·'-:78 . ~ '=c: .' ,:~~~~~~l=h

-

-

-

~

i€

=~~

=-~i

~

=

--

--

-

-

~~6

-

'

-

~~

:0:

~

:

~

_::

---- -

,

- -

----

-

~>~:.:' ; .~". '., .;'. 38. JO 82 80

20-16

74 3 100

FIG.

Macmillan Bloede! Ltd.

L

i '

[

:

, ,

l.

r'

l

.

r , I

I

L , rl I

,

,

n

n

n

n

n

n

1 2 3 4 5 6 -; 6 9 10 11 12 , I I ; F 't315 Loddby F urna ce ;{\

::-J

==:J

:=J :=J

~

c=J

=:J

..---, ~ ----' I,'i :.:.'- ,,-!, ( flr/./C4/a

F.O.

r4~

(Y<'R~~X OAm.p~~

)1

I~Ä ~

___ _

18"

----41

J\~/A/P&K

~

~.o..

~

--f:Y.~/:I..~

,c4M I /"'.$i) I'-'~

.

: -7 7 j ; :::: . \,

.

'. r---, J rURNACé: -======-=----=~~ =--" . - - -, .---.

A

I~

R

éTt.J.'fI:!...:~

_

E~TIO#

..;....=~---1,,\/ ~ . ~ - -"IJ I _{. I Sr-} 1-1 • j\)

/c:. (/

/-I/(jH

VéI.O~_

THRO~ ~-!:!./J/J7~ _St!iCT/oQ • • _ ' _ _ v _".

'.

/c;'-

0

~

..----.

7=~ ~C'

AIR ..JAC/<é?TéO Sl!cr/o'/'/ ~A?

/kë

lI,or'"··""./f C~Atl8v..s

_rlo-v

_{A,R '}

)

YOJ<K

R~~éAR.ÇH

.

_~

_(/0(//0

_/~STE.

_{Iv c}

_{l.6LE..tfAIoR..}

-P. . _{_____ - . . . . __}

r-=

l;J CO

L

[

~

+ "

.

.

.

r '

I ,

['

, J

rl

l j

[1

n

n

r

I

5·

A

.2.

\, ,

In een verbrandingsoven met radiale brandstofinspuiting zoals afgebeeld i$ in fig. IIf. hebben de ovengassen een langere verblij ftijd in het

hete deel van de oven wat de verbranding ten goede komt. Het nadeel is dat de oven zeer ongelijkmatig wordt belast, wat grote slijtage van de ovenwandbekleding tot gevolg heeft. Om dit te voorkomen worden veelal 3 of 4 branders in de oven geplaatst. , Dat betekent dat een verticale opstelling vereist wordt; echter de capaciteit van de te ontwerpen ovenisveel te klein om meer dan een brander te kunnen ge-bruiken.

Tangentiale inspuiting van 'de brandstof zoals in fig.

'7

heeft eveneens het nadeel van een ongelijkmatige ovenbelasting.

Gekozen werd daarom voor brandstofinspuiting aan het begin van de

oven zoals in fig. Ie. • Op deze wijze wordt een gelijkmatige ovenbelasting verkregen.

De horizontale opstelling werd gekozen om diverse redenen, nl.

,1. goede bereikbaarheid van de brander, 2. mogelijkheid om vast afval toe te voegen, 3. eenvoudige slakverwijdering.

De afmetingen zijn bepaald uitgaande van de volgende gegevens,

,

:

"

~

_

.f,

, ",./' ":// 1'. Een ovenbelasting van max. 325 k'tJ /m3 is toelaatbaar.

._~L 2. De verblijf tijd van de ovengassen in het hete gedeelte moet

,circa 0; 5 seconde zijn Als onderste grens wordt veelal 0 ,3 seconde aangegeven. (lit. 44).

3. De dimensies van soortgelijke verbrandingsinstallaties (lit" 4~)

4. Vlamafmetingen, die bij de gekozen brander optreden ( 2xO,8~) (lit. 46).

Het verdient aanbeveling om tussen het hete en koude gedeelte van de oven een barière te metselen, zodat een keel ontstaat tussen primaire en secundaire verbrandingsruimte.(Op deze wijze wordt het' temperatuur-patroon in het hete deel van de oven gelijkmatiger, wat de verbran-ding ten goede komt). Er ontstaa~ldus een (gloeiende) traagheids-afscheider. Nog niet helemaal verbrandde deeltjes blijven nu langer in het hete gedeelte van de oven en worden alsnog verbrand. Het nadeel van een dergelijke bemetseling is dat het reinigen en repareren van de oven veel moeilijker is geworden (minder toegankelijk). Bij het

L

L

I:

r:

[

~

!

:

...

·

r'

l,

[

, I l I

[1

Il

[1

n

n

n

~., , _,

ontwerp is dan ook geen barrière opgenomen, deze kan later indien noodzakelijk, ingemetseld worden.

Materiaalkeuze.

Als vuurvaste steen werd chamottesteen gekozen met 40-42

%

A1 203•

/1-40

(lit. 47). Deze steen heeft een se~elnummer van 33 en is geschikt

o

voor temperaturen tot 1730 C (smelttemp.). De steen is goed bestand tegen temperatuurwisselingen en slakaantasting. Bij gebruik van Chamotte heeft men het voordeel dat een mortel van dezelfde samenstelling

als de steen te gebruiken is. Beschadigingen van de ovenwand zijn dan eenvoudig te repareren met deze mortel. De warmtegeleidingscoëfficiënt is 1,3 w/moC• De dikte van de te gebruiken stenen is 15 cm •

In het hete gedeelte van de oven is tussen de stenen en de buitenwand een plastische isolatielaag aangebracht van 2 cm dik. Deze kan tem-peraturen tot 12000C doorstaan en heeft een warmtegeleidingscoëfficiënt

w 2 0 van 0,32 /m C.

De metalen buitenwand is 5 mm dik en heeft een warmtegeleidingscoëfficiënt van 50 w/m2oC• Deze dikte werd gekozen, daar de plaat dan nog

goed te lassen en te buigen is, terwijl de sterkte en stijfheid ruim voltloende zijn. " \'.' .... ~~ ( _, 'v0 ~

/ "

/' ,

'J-C"J

,

L

r ' l. r

l .

['

r'

I ,

.

r , J ' , I l J

[1

[1

II

n

n

n

I'

I , _,

-

•... :'1.0 -2,E I3IW.lmER

Om vloeistof efficient te verbranden moet deze eerst worden verdampt. Verdamping kost w~rmte en tijd, beide worden vermindert door de

vloeistof in zeer fijne druppeltjes te verstuiven. Deze verstuiving kan op verschillende manieren plaats hebben. Branders die gebruikt worden voor het v~~branden van vloeistoffen worden dan ook gerangschikt naar de manier waarop de verstuiving plaats vindt.

Deze manieren van verstuiving zijn: a. drukverstuiving,

b. verstuiving door een 'hulpfase, nl. 1. stoom

2. hoge druk perslucht 3.·lage druk perslucht c. sonische verstuiving

d. mechanische verstuiving

De eisen waaraan eea brander van vloeibaar afval moet voldoen zijn:

1.een groot regelbereik wat betreft de vloeistofbelasting (b.v. 1:10).

De calorische waarde van het afval varieert sterk, de brander moet

,

' ,

_ .. er dan voor zorgen dat een constante hoeveelheid warmte vrij komt, om de oven op temperatuur te houden.

2. de verstuivingsgraad inde brander dient vrij ongevoelig te zijn voor de viscositeit van de brandstof.

3. de brander mag niet te zeer gevoelig zijn voor verstoppingen

. door vaste stofdeeltjes.

Aan de hand van de voornoemde eisen is een keuze gemaakt tussen de volgende brandertypen.

a. Drukverstuiving (lit. 48; fig. 25).

Hierbij wordt de vloeistof onder hoge druk (10-200 atm.) door een sproeier geperst. Een conische sproeikegel wordt verkregen door de vloeistof een centrifugale beweging te geven. Voor de verbranding van vloeibaar afval is dit type brander echter ongeschikt wegens de zeer kleine sproeierdoorlaat , waardoor te snel :.verstoppingen optre-den.