Brännbara föroreningar avlägsnas utan energitillskott

av Claus Laurén Forum 1995-16, sida 10-11, 14.12.1995

Utsläpp är ofta också bränsle. Men låga halter gör att destruering av föroreningar äter en massa energi. Svaret på den obekväma ekvationen skulle vara ett system där förbränning av föroreningar skulle värma anläggningen — så man inte behöver tillföra energi.

avlägsnas

Claus Lauré lj ånga av de organiska ämnen, Mee lösningsmedel som släpps ut ihop med ventilationsluft från olika industriella processer. är i själva verket högvärdiga bränslen. En lämplig destrueringsmetod borde därför vara att eida upp dem. Problemet är bara, att halterna ofta är för låga. Ett typiskt utsläpp av ventilationsluft från en sprutmålningsprocess kan innehålla lösningsmedel, t.ex. xylen. i en halt av 0,5 g/kbm eller lägre." Så här skriver Björn Heed, som är uppfinnare och universitetslektor i maskinteknik inom ämnet energiteknik vid Chalmers Tekniska Högskola, Re 1 dan för mer än tio år sedan tacklade denne man med hjälp av sin breda generalistkompetens (civilingenjör i kemi och tekn.dr i fysik) det här problemområdet, och kom fram till en första lösningsmodell.

Den första provanläggningen testades vid Volvos måleri i Torslanda, och visade sig efter fem år av prover hålla måttet. Den uppfinning som nu är aktuell utgör ett senkommet led i en lång utvecklingsprocess, och avser att slutgiltigt lösa utsläppsproblemet, då det gäller brännbara produkter i låg koncentration, på ett energieffektivt och vettigt sätt.

Problembeskrivnin — De låga halterna av brännbara produkter i ventilationsluften medför att stora mängder energi måste tillföras innan lösningsmedlen destrueras, förklarar Heed.

En konventionell metod för destruktion bygger på att frånluften passerar genom en panna som hettats upp till ca 1 000C med hjälp av en gasbrännare. Gasbrännarens låga håller ca 1 5002C, vilket är tillräckligt för oxidation av Iuftens kväve. Följden blir ohjälpligt utsläpp av kväveoxider, och detta är inte önskvärt.

— Om det inte vore för de mycket stora luftmängderna, skulle man kunna tänka sig en enkel lösning. Använd frånluften som förbränningsluft i den befintliga pannanläggningen för uppvärmning och oxidera lösningsmedelsfraktionerna där, säger Heed.

Tyvärr är detta sällan möjligt på grund av ovan nämnda komplikation med stora luftvolymer.

Värmeutvinning må — Min tanke var därför att skapa ett system, där förbränningen av föroreningarna skulle värma anläggningen, så att man slapp tillföra energi, fortsätter han. Jag började tänka i banor av ett system med värmemagasinering och ackumulering i ett “filtermedium”” av t.ex. sand.

Det skulle visa sig att Björn Heeds idéer var helt korrekta. Efter en initialfas av måttliga mängder energitillförsel brinner hans efterbrännare av ege kraft. För att exploatera och utveckla uppfinningen skapade han företaget Additech AB i Göteborg.

Förbränningsväxlaren föddes

Den teknik som Björn Heed kom fram till baserar sig på en med förbränningsanordningen integrerad regenerativ anordning för värmeväxling. Dess praktiska förlopp består i att frånluften tillförs utan förvärmning, värms till 1 0009C i brännarens mittsektion, för att sedan kylas i växlaren till ca 209C innan den släpps ut.

Forum nr 16/95

Energiåtgången för detta förlopp motsvarar en uppvärmning av 20C plus ett fläktarbete svarande mot ytterligare 10C uppvärmning. Detta skall ställas i relation till den konventionella metodens energibehov för uppvärmning till närmare 10009. För att inte brännarens utgångsdel skall värmas upp av den utgående heta frånluften växlas strömningsriktningen med jämna mellanrum. På så vis kyler inkommande, sval frånluft den upphettade brännardelen, samtidigt som luften förvärms.

Konstruktion

Själva brännaren har formen av en cylinder eller utdragen parallellepiped. Den är fylld med ett värmeackumu gitillskot lerande och värmeväxlande genomsläppligt medium. I mitten finns en uppvärmningsanordning för den initiella upphettningen vid start, samt för upphettning vid behov under drift.

Behov av tillfört värme kan uppstå, i det fall att koncentrationen av brännbara ämnen i luften går under självantändningsnivån, som normalt ligger omkring 0,7 g/kbm. I viss mån är värmebildningen också beroende av vilka ämnen den aktuella ventilationsluften innehåller. I dessa fall är värmebehovet emellertid försvinnande litet jämfört med den konventionella destruktionsmetoden. Ackumulationsmediet är ge Forum nr 16/9 nomdraget av två perforerade rör för lufttransporten.

Genom en ventil i det ena röret pressas luften som skall behandlas in i brännaren, passerar genom sandbädden (d.v.s. ackumulatorn) där kolväten och andra brännbara produkter sönderdelas, varefter frånluften tränger in genom det andra rörets perforeringar och fortsätter ut i samma flödesriktning. Under den här processen stiger alltså temperaturen i sandbädden, men även i utgångsröret. Detta är orsaken till att flödesomkastningen blirnödvändig för att hålla temperaturprofilen i brännaren under kontroll.

Speciell form av förbrännin — Det handlar här om en förbränning, som på vissa punkter skiljer sig från normal, öppen förbränning, förklarar Björn Heed.

Sandbädden påverkar processen så att förhållandena blir olikartade.

— Dels rör det sig om en över-stökiometrisk förbränning med stort luftöverskott, säger han. Dels är bränsleluft-blandningen mer homogen än normalt. Vidare är uppvärmningen mycket jämn i bädden, och slutligen sker förbränningen utan öppen flamma.

De första tre faktorerna ger en extremt fullständig förbränning, och några biprodukter utom vatten och koldioxid bildas inte. Eftersom en stor del av de kortmolekylära kolvätena består av väte blir andelen koldioxid dessutom relativt låg.

Andelen bildade kväveoxider ärliten intill negligerbarhet vid destruktion av vanliga kolväten, d.v.s. mindre än 0,1 ppm. Detta sammanhänger med att flammor och zoner med förhöjd temperatur inte förekommer i bädden, vilket i sin tur är en följd av grusbäddens utjämnande effekt.

Förbränningen sker dessutom vid förhållandevis låg temperatur.

Applikationer

Naturligtvis är ett viktigt användningsområde för den här destruktionsmetoden förbränning av organiska föroreningar i ventilationsluften från t.ex. tryckerier och lackeringsanläggningar, konstaterar Björn Heed. Halterna av lösningsmedel är i dessa sammanhang så pass höga att processen blir självförsörjande beträffande värme.

— Men det väsentliga är inte att under alla omständigheter eftersträva nollvärde på värmetillförseln, fortsätter han. Det viktiga är att den här metoden öppnar ett energisnålt alternativ för destruktion av oönskade föroreningar i ventilationsluften.

— Aven luft med ett litet, eget energiinnehåll kan behandlas utan tillförsel av enorma mängder värme. Det kan då dels röra sig om direkt skadliga föroreningsprodukter, men det kan också handla om i sig ofarliga men ur komfortsynpunkt oönskade produkter, som rätt och slätt ger dålig lukt, sammanfattar Heed. €