CZ20002551A3 - Způsob zpracování pevných spalitelných materiálů a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Pevné spalitelné materiály, jako např. kontaminovaná biomasa a pevný komunální odpad, se mění na syntetizovaný plyn zplyňováním a využitím energie obsažené v nich. Toto palivo je zplyňováno v souproudém zplyňovači (1), zatímco struska se oddělí, odstraní a čistí poté, co část paliva projde procesem spalování a předtím, než je palivo zplyněno. Čištění strusky se provádí dokonalým spalováním, zatímco palivo, které projde fází zplyňování bez toho, aby bylo dokonale přeměněno na CO, je recirkulováno smícháním s čerstvým palivem. Způsob se provádí v zařízení obsahujícím vertikální souproudý zplyňovač (1) a prostředky (5,6, 16, 19) pro separaci a odstranění strusky, jakož i struskovací komoru (3), kde se struska čistí od doprovodného spalitelného materiálu dokonalým spálením a poté se shromažďuje do zásobníku (28) odpadu.

Description

Způsob zpracování pevných spalitelných materiálů a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování pevných spalitelných materiálů, jako je kontaminovaná biomasa a pevný komunální odpad, za účelem jejich přeměny na syntetizovaný plyn zplyňováním prováděným v souproudém zplyňovači.

Vynález se rovněž týká zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

V praxi a v patentové literatuře je známo několik způsobů úpravy spalitelných materiálů, zvláště kontaminované biomasy a pevného komunálního odpadu přeměnou spalitelných materiálů na syntetizovaný plyn, z něhož je následně získávána energie několika postupy, například přímo ve formě tepelné energie, nebo nepřímo generováním elektrické energie.

Podle známého způsobu, uvedeného podrobně například vEP č. 663 433, je palivo nejdříve zhutněno v trubkovém kanálu, pokud možno kruhového průřezu, potom je tepelně upravováno procesem zplyňování a pyrolýzy za vývoje syntetizovaného plynu v trubkovém kanálu, a karbonizovaný materiál po výše uvedené tepelné úpravě je nakonec podroben dokonalému spálení na konci kanálu v protiproudém zplyňovači.

V tomto známém postupu je struska separována pouze po dokonalém spálení v protiproudém zplyňovači, z důvodu skutečnosti, že struska se hromadí na dně zplyňovače a padá dolů na vodní lože působící jako těsnící roztok pro zabránění výměny plynu mezi zplyňovačem a venkovním prostředím.

Výše popsaný známý postup má dvě nevýhody. Na jedné straně je velmi obtížné mít dostatečně velkou zplyňovači komoru, takovou, aby mohl být dokončen nutný krok zplyňování, přičemž tento krok spočívá v přeměně CO2, který se vyvíjí při částečném spalování části materiálu, na syntetizovaný plyn CO, což je předmětem vynálezu.

Ve skutečnosti by prstencová zplyňovači komora, pokud má být docíleno jejího účelu, musela mít značnou délku se závažnými a možná nepřekonatelnými konstrukčními problémy. Na druhé straně, struska je separována a odstraňována pouze po dokonalém spálení materiálu v protiproudém zplyňovači, takže struska kontaminuje každý krok v procesu zplyňování. Je zřejmé, že by bylo výhodné oddělit strusku od paliva co možná nejdříve, aby mohly být provozní kroky snadněji regulovatelné nebo řízené.

Podle jiného známého řešení souproudého zplyňovače, publikovaného v EP č. 565 935, zahrnuje vertikální souproudý zplyňovač kruhovitou oblast spalování pro část materiálu, kde je oxidační prostředek přiváděn jak z vnitřní a/nebo vnější strany. Zplyňovači komora pro zbylý materiál, která je též vertikální, je umístěna nad a za oblastí spalování, a to ve směru posunu materiálu.

Ing. Marie SMRČKC VÁ patentový zástupce

Veifííkova 8, 160 00 PrahV+r

Tento postup zajišťuje optimální podmínky zplyňování, vzhledem ktomu, že umožňuje konstruovat zplyňovací komory prakticky neomezené délky, pro zajištění dokonalé přeměny CO₂ na CO. Navíc, toto řešení rovněž zajišťuje recirkulaci materiálu, který prošel krok zplyňování bez toho, aby byl dokonale přeměněn na syntetizovaný plyn. Tato recirkulace umožňuje boční přetékání přebytečného materiálu na konci zplyňovací komory a jeho přepadávání v rámci zplyňovače za účelem smíchání s čerstvým materiálem na dně. Toto řešení však není vhodné pro použití při zplyňování pevných paliv produkujících strusku během spalování, jako je např. kontaminovaná biomasa a pevný komunální odpad, protože postrádá zařízení pro separaci, odstraňování a čištění strusky, která takto zůstane ve zplyňovači a může vést k jeho ucpání.

Cílem tohoto vynálezu je proto navrhnout způsob a zařízení pro úpravu pevných paliv, a zajistit tak jejich přeměnu na syntetizovaný plyn zplyňováním v souproudém zplyňovači, který může eliminovat výše uvedené nedostatky předchozího způsobu a který může zajistit podmínky zpracování pevných spalitelných materiálů, zvláště kontaminované biomasy a pevného městského odpadu za vzniku optimální strusky.

Jinými slovy, proces by měl splňovat všechny platné předpisy týkající se ochrany ovzduší a vodních zdrojů a měl by být perfektně zvládnutelný a kontrolovatelný, aby mohlo zařízení pracovat bez přerušení po dlouhé časové období.

Podstata vynálezu

Výše uvedeného cíle je dosaženo způsobem zpracováním spalitelných materiálů zahrnující krok zplyňování paliva prováděný v souproudém zplyňovači, ve kterém část spalitelného materiálu podléhá spalování s oxidačním prostředkem a vyvíjené teplo při spalování se využívá pro zplyňování zbývajícího materiálu; dále zahrnuje krok separace, extrakce a čištění strusky, podle tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že struska se odděluje a odstraňuje ze spalovaného materiálu poté, co prošel částečným spálením a předtím, než byl zplyňován. Struska se pak čistí a odstraňuje se po vyloučení případného zbytkového spalitelného materiálu dokonalým spálením. Spalovaný materiál, který prošel krokem zplyňování bez toho, aby byl plně přeměněn na plyn (CO), se recirkuluje smícháním s čerstvým materiálem, předtím než je spalitelný materiál podroben spalování.

Je výhodné, když spaliny, zvláště CO₂, vznikající během čištění strusky, se přimísí k oxidačnímu prostředku používanému pro spalování části spalovaného materiálu.

Též je výhodné, když se oxidační prostředek zahřívá na teplotu vyšší než 400 °C prostřednictvím části využitelného tepla obsaženého v syntetizovaném plynu, proudícím za vysoké teploty ze zplyňovače 1, předtím než je uveden pro podporu spalování části spalitelného materiálu.

Také je výhodné, když oxidační prostředek obsahuje podíl přehřáté páry.

Rovněž je výhodné, když se oxidační prostředek přidává do zplyňovače pod tlakem.

Dále je výhodné, když se jako oxidační prostředek použije obyčejný čistý vzduch, případně vzduch obohacený kyslíkem nebo čistý kyslík.

·· · · · · · · · · • · · · · · · • · · t » t ·

Též je výhodné, když prach z filtru regenerovaný při filtrování syntetizovaného plynu se přidává do strusky po jejím oddělení a odstranění před čištěním, tak, aby prach z filtru prošel stejným procesem čištění.

K provádění tohoto způsobu zpracování pevného spalitelného materiálu slouží zařízení, zahrnující vertikální souproudý zplyňovač, který má kruhovou oblast spalování pro spalování části spalitelného materiálu, kde je oxidační prostředek podáván jak na její vnitřní tak vnější stranu, a zplyňovací komoru pro zplyňování zbylého spalovaného materiálu, zplyňovací komora je rovněž vertikální aje umístěna nad a po proudu oblasti spalování ve směru pohybu spalovaného materiálu, podle tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že dno zplyňovací komory má prostředky pro separaci a odstraňování strusky, zahrnující výstup strusky pro podávání strusky a doprovodného spalovaného materiálu přes podávači kanál do struskovací komory pro dokonalé spálení doprovodného spalitelného materiálu a přeměnu na CO2, zatímco struska je sbírána po vyčištění do zásobníku odpadu. Recirkulační prostředky jsou umístěny v horní části zplyňovací komory pro recírkulaci materiálu, který prošel krokem zplyňování bez toho, aby byl dokonale přeměněn na syntetizovaný plyn (CO), zahrnují rotační distributor materiálu v podobě lopatek. Recirkulační prodsředek dopravující recirkulující materiál do výstupního otvoru vedoucího do recirkulačního potrubí, které podává recirkulační materiál do dávkovacího kanálu pro dodávku čerstvého spalitelného materiálu, kde je čerstvý spalitelný materiál smíchán s recirkulujícím materiálem před tím, než je zaveden do zplyňovače jako spalovaná směs.

Je výhodné, když vertikální souproudý zplyňovač obsahuje rotační vertikální šnek podávající materiál nahoru do kruhové oblasti spalování.

Dále je výhodné, když recirkulační prostředky podávají recirkulující spalovaný materiál do dávkovacího kanálu pro čerstvý spalitelný materiál, který je vytvořen prvním, v podstatě horizontálním šnekem, kde je čerstvý materiál smíchán s recirkulujícím materiálem a který naopak podává směs čerstvého spalitelného materiálu a recirkulujicího materiálu jako palivo do vertikálního šneku přes druhý, v podstatě horizontální vstřikovací šnek , vyúsťující do vertikálního pláště vertikálního šneku zplyňovače .

Též je výhodné, když prostředky na separaci strusky a odstraňování strusky zahrnují jednotku rozdělovače pro distribuování, dopravu a provzdušňování materiálu, usazovaného na dně zplyňovací komory, distribuční jednotka zahrnující jedno nebo více horizontálních lopatek, které rotují kolem vertikální osy zplyňovače, přičemž lopatky jsou šikmé k ploše dna tak, aby čistily radiálně zplyňovací komoru v dosahu celé délky lopatek a slouží k rovnoměrnému rozdělování spalin po celém průřezu zplyňovací komory, čímž eliminují vytváření preferenčních kanálků toku plynu.

Rovněž je výhodné, když struskovací komora je opatřena rotačním vertikálním šnekem, zásobovaným struskou a doprovodným spalovaným materiálem pomocí v podstatě horizontálního podávacího kanálu, vyústěného do vertikálního pláště šneku struskovací komory a tím se čištění strusky realizuje cestou spalování doprovodného spalitelného materiálu v kruhové spalovací komoře, umístěné v horní části rotačního šneku struskovací komory a zásobované oxidačním prostředkem přinejmenším v jednom obvodu spalovací komory.

·· · ·· · ·· ·· • · · · · · · • · · 4 · · 4 • ·· 4· 44 4 · 4 4 4 4

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je podrobně popsán na příkladném provedení, objasněném na schematickém výkresu připojeného obrázku.

Příklady provedení vynálezu

Vynález zahrnuje dvě hlavní jednotky:

- vertikální souproudý zplyftovač 1, podobný, ve svých hlavních komponentech, zplyftovači popsanému vEP 565 935, který je uveden v dosavadním stavu techniky tohoto předloženého vynálezu,

- systém 2 pro oddělování a odstraňování „strusky“ vznikající v rámci zplyňovače las tím spojený, ačkoliv geometricky odlišný, člen pro čištění strusky.

Termín „struska“ je používán pro odkaz na všechny látky, které jsou obsaženy v palivu, dodávaném do zplyňovače i, a které jsou nespalitelné a následně je nelze zplyňovat. Hmotnostní procento strusky v palivu se může pohybovat v širokém rozsahu: obecně v rozsahu 0 až 50 %.

Struska může pocházet přímo z odstraněné strusky v rámci zplyňovače 1, nebo může být součástí prachu, zachyceného v několika modulech čištění pro získání syntetizovaného plynu (cyklónové filtry, textilní filtry, elektrostatické filtry). Materiál s vysokým obsahem strusky je dopravován vhodným potrubím do čisticího zařízení, nazývaného rovněž struskovací komora 3. V této struskovací komoře 3 je materiál vhodně upravován, tak, aby byla získána pouze inertní látka jako finální produkt.

Spojovací potrubí 5 vedoucí ze zplyňovače 1. do struskovací komory 3 je vybaveno vhodným systémem pro dopravu materiálu jako například podávači kanál 6, který, v závislosti na geometrickém vztahu mezi dvěma hlavními jednotkami, může obsahovat horizontální šnek, který je zobrazen na obrázku v konkrétním provedení, nebo neznázoměný skloněný šnek nebo podobný šikmý žlab, pokud možno vibračního typu.

Navrhovaný zplyňovač 1 může představovat typ, který obsahuje recirkulační lože, přitom tok plynu a pevného materiálu je souproudý a orientovaný vertikálně. Teplo, které proces vyžaduje, je dodáváno spalováním předem stanovené části dodávaného paliva. Oxidačním prostředkem, požadovaným pro částečné spalování, může být v závislosti na okolnostech čistý vzduch, vzduch obohacený kyslíkem nebo čistý kyslík. V každém případě, zvláště je-li použit vzduch, je oxidační prostředek předehříván na teplotu nad 400 °C, s použitím části dostupného tepla v syntetizovaném plynu, vycházejícím ze zplyňovače 1 za vysoké teploty (650 až 700 °C). Předehřívání umožňuje zvýšení PCI plynu a zároveň zlepšení spalování.

Pokud je to nutné pro zvýšení syntézy plynových molekul s vysokým obsahem vodíku (H₂, uhlovodíky), může být rovněž použita směs oxidačního prostředku a přehřáté páry.

Zplyňovač i může pracovat buď při atmosférickém tlaku nebo při vysokých tlacích, v rozsahu několika desítek barů, tak, aby byla podpořena syntéza uhlovodíků (zvláště CH4).

• ·· · · · · · · ·· ·· • · · · · · · · · ♦ ♦ • · · ··· · · · ♦ • · · ··· ··«· ····· ·· · · · ··

Čerstvý spalitelný materiál přiváděný šnekem dávkovacího kanálu 7 je smíchán s uhlíkem, který je zbytkem po procesu zplyňování a vystupujícím z recirkulačního potrubí 8, a potom je dopravován do zplyftovače i horizontálním vstřikovacím šnekem 9. Vertikální šnek W zplyňovače i distribuuje směs jednotně nad rozšířenou, i když úzkou kruhovou plochu, zatímco zároveň zvedá směs do oblasti 11 spalování.

Do tohoto okamžiku byly posuzované toky podrobeny pouze fyzikálním operacím. Chemické reakce začínají, dorazí-li materiál do bezprostřední blízkosti kruhové oblasti ϋ spalování. Atmosféra oxidačního prostředku požadovaná pro spalování je vytvářena foukáním oxidačního prostředku zvenčí a zevnitř kruhové oblasti Π. spalování.

Komora oblasti ϋ spalování může být celá vyrobena z kovu odolného vůči vysokým teplotám nebo může mít části z keramiky nebo žáruvzdorného materiálu, který zaručí dlouhodobou životnost, zvláště tam, kde se používá čistý kyslík jako oxidační prostředek. Keramické části nebo části z podobného materiálu umožňují zvýšit provozní teplotu, protože redukují ztráty tepla vedením přes kovové stěny, což napomáhá procesu zplyňování.

Působením vysoké teploty, která je zároveň podporována fyzikální koncentrací spalování, a působením atmosféry oxidačního prostředku, převládající v této oblasti, materiál podléhá řadě chemických reakcí vedoucích k vytváření plynu a uhlíku (především pyrolytické reakce a reakce spalování). Plyn a uhlík takto generované se pohybují směrem k horní části zplyňovací komory 12 přes uhlíkové lože 13, které je zde umístěno.

Během jejich průchodu reagují společně plyn z pyroíýzy/spalování a uhlík chemicky a fyzikálně, až je získán konečný produkt, který obsahuje vlastní syntetizovaný plyn a zbytkový uhlík, který nereagoval. Syntetizovaný plyn vystupuje z uhlíkového lože 13 a hromadí se v uklidňovací komoře 14 (za účelem urychlení odstraňování plynu a usazování podílu rozptýlených částic), která vede plyn do výstupního plynového potrubí 15. Zbytkový uhlík se sbírá samospádem v recirkulačním potrubí 8, aby byl podroben novému zplyňovacímu cyklu.. Část strusky obsažená v palivu je odstraněna spojovacím potrubím 5 a je zpracována odděleně ve struskovací komoře 3.

Středový hřídel 30 ve zplyňovací komoře 12, který je integrální s rotačním vertikálním šnekem 10, je opatřen na svém spodním a horním konci příslušnými lopatkami 16, Γ7, které mají funkci rozdělovačů materiálu.

Spodní lopatky 16 jsou uspořádány ve tvaru turbíny, tj. s plochami skloněnými v určitém úhlu k vertikálnímu směru. Protože se centrální hřídel 30 otáčí, lopatky 16, Γ7 tlačí materiál nahoru a ponechávají malou prázdnou dutinu na svých spodních stranách po celé délce lopatek. Do prázdné dutiny proniká plyn vznikající spalováním ve spodní vrstvě a pyrolýzou, který při absenci jakéhokoli podstatného odporu bude rozdělován radiálně po celé ploše. Lopatky 16, Γ7 tak mají úkol rozdělovat plyn, vzniklý na základě spalování-pyrolýzy, po celé ploše zplyňovací komory 12. Protože zde existuje relativní pohyb mezi lopatkami 16, 17 a materiálem, lopatky 16, 17 rovněž zabraňují vytváření preferenčních kanálků při průchodu plynu.

Spodní lopatky 16 mají rovněž za úkol napomáhat separaci mezi uhlíkem a inertní struskou, takže množství spalitelného materiálu, který má být upraven ve struskovací komoře 3, je redukováno. Horní lopatky 17 jsou uspořádány horizontálně a mají spíše za úkol přepravovat nadbytečný uhlík směrem k recirkulačnímu výstupnímu otvoru 18.

• · ···· ·· ·· • · · · · · • · · · · *

Pokud se týká definice toků v rámci zplyňovače 1 :

Během provozu zařízení musí být vždy zachována hierarchie stanovené průtokové rychlosti několika šneků:

jmenovitá průtoková rychlost ve vertikálním Šneku 10 > jmenovitá průtoková rychlost ve vstřikovacím šneku 9 > průtoková rychlost v podávacím šneku 7

Průtokové rychlosti přes vertikální šnek 10 a horizontálně situovaný vstřikovací šnek 9 jsou pouze nominální, protože vertikální šnek JO, například, bude dopravovat v jakoukoli danou dobu pouze to, co obdrží ze vstřikovacího šneku 9. V tomto případě průtoková rychlost přes vertikální šnek 10 by byla rovna průtokové rychlosti přes vstřikovací šnek 9. Podobně, vstřikovací šnek 9 bude dopravovat v jakoukoli danou dobu průtokovou rychlostí šneku dávkovacího kanálu 7 plus průtokovou rychlostí recirkulovaného uhlíku. Rovnováha průtokových rychlostí je dosažena v důsledku rozdílu jejich výkonu.

Tato hierarchie je stanovena proto, aby bylo zabráněno ucpávání mezi několika šneky, což by mělo vážné následky pro mechaniku a provoz zařízení.

Důležitou vlastností zplyňovače I je recirkulace uhlíku, který nereagoval během zplyňování. Recirkulace části uhlíku je již známa z EP 565 935, zmíněného výše, ale tam je recirkulace odlišná od tohoto vynálezu, z důvodu podstatného rozdílu mezi lóžemi v příslušných uspořádáních.

Recirkulace má několik výhod:

Recirkulující uhlík (mající značně homogenní chemicko-fyzikální složení) se mísí s čerstvým palivem před vstupem do zplyňovače i, a zlepšuje tak homogenitu fyzikálních a chemických vlastností materiálu vstupujícího do oblasti JI spalování a tím následně stabilizuje tuto oblast H spalování.

Recirkulující uhlík vstupující do oblasti J_1 spalování, který je suchý, horký a má malou zrnitost, má tendenci hořet dříve než čerstvé palivo, se kterým je smíchán. To vede k uchování části pyrolyzováného plynu, který se vyvíjí z paliva a který by byl jinak spálen v této oblasti JT spalování, bohaté na kyslík.

Uhlík působí jako filtr a katalyzátor s ohledem na několik látek, mezi nimiž je dehet. Protože uhlíkové lože 13 recirkuluje, každý průchod oblastí JT spalování regeneruje specifické vlastnosti uhlíku, který by jinak byl postupně ztrácen.

Zplyňovací komora 12 má lože obsahující hlavně uhlík a inertní látku. Protože zařízení pro separaci a odstraňování není schopné odstranit veškerou inertní látku, recirkulace zabraňuje její akumulaci v rámci lože a postupně redukuje množství uhlíku, které může reagovat a následně rovněž účinnost zplyňovacích reakcí. V důsledku recirkulace se inertní látka dostává do blízkosti výstupu 19 k odstraňování strusky a její rychlost v rámci uhlíkového lože je udržována na konstantní hodnotě.

Množství recirkulačního uhlíku je regulováno upravováním poměru mezi průtokovými rychlostmi přes šnek dávkovacího kanálu 7 a přes vstřikovací šnek 9. Čím větší je průtoková rychlost přes vstřikovací šnek 9 ^s ohledem na průtokovou rychlost přes šnek • · · · · ···· ·· ·♦ ···· · · · · · · ♦ ··· · · · · · · *

9 9 9 9 9 ··· 99 9 9 9 dávkovacího kanálu 7, tím více uhlíku bude recirkulováno. V důsledku toho bude mít materiál vstupující do oblasti 11 spalování vyšší rychlost uhlíku a nižší rychlost čerstvého paliva.

Výkon vytvářený ve zplyňovači i je regulován nastavováním průtokové rychlosti vstřikovaného paliva. Zvýšení průtokové rychlosti oxidačního prostředku umožňuje zvýšit výstupní výkon generovaný zplyňovačem 1 a umožňuje naopak jeho snížení v případě redukce průtokové rychlosti. Je zřejmé, že změna výkonu zplyňovače 1 bude odpovídat změně průtokové rychlosti paliva ve stejném směru; což následně způsobí změnu průtokové rychlosti ve šneku dávkovacího kanálu 7.

Je nutno poznamenat, že šnek dávkovacího kanálu 7 není pokud možno řízen operátorem přímo, ale spíše je ovládán neznázoměným snímačem hladiny, umístěným v horní části uhlíkového lože 13. To umožní udržet hladinu uhlíku na takové výši, která je vždy mírně nad úrovní výstupního otvoru 18.

Pokud se týká struskovací komory 3 jako takové:

První krok v procesu odstraňování inertní látky nebo strusky obsažené v palivu se uskuteční ve zplyňovači 1, přesněji řečeno na dně zplyňovači komory 12.

V důsledku relativního pohybu mezi spodními lopatkami 16 a materiálem, dochází k určitému promíchání materiálu, S využitím rozdílu hustoty a velikosti zrn uhlíku a strusky, se může struska usazovat na dně zplyňovači komory 12. Rotační pohyb spodních lopatek 16 pak tlačí strusku směrem k výstupu 19 strusky, kde je pak struska odstraněna.

Zplyňovaě 1 a zplyňovači komora 12 jsou dvě fyzikálně zcela odlišná zařízení. Komunikace mezi nimi se realizuje v podobě materiálu odstraněného ze zplyňovače 1 a dopraveného do struskovací komory 3 a v podobě spalovacího plynu generovaného ve struskovací komoře 3 a znovu zavedeného do zplyňovači komory 12 zplyňovače 1.

Jak již bylo uvedeno výše, doprava materiálu se může realizovat pomocí horizontálního nebo šikmého šneku podávacího kanálu 6, žlabem podél šikmého potrubí nebo pomocí jakéhokoliv jiného dopravního zařízení, které je schopno pracovat při vysoké teplotě a které je schopné zároveň zajistit dokonalené utěsnění.

Během přechodu ze zplyňovače 1 do struskovací komory 3 jsou také pokud možno zajištěny vazby na jiné dopravní systémy 20, například doprava prachu pocházejícího z filtračního zařízení 4 pro filtrování plynu. Takto je možné redukovat pevné emise ze zplyňovače 1 na pouhé inertní látky pocházející ze struskovací komory 3.

Pokud se týká provozu struskovací komory 3 :

Materiál vstupující do struskovací komory 3 obsahuje podstatnou část inertního materiálu a menší část uhlíku, který je nevyhnuelně dopravován spolu se struskou.

Úlohou struskovací komory 3 je vyčistit výše uvedenou heterogenní směs, tak aby její výstup dodával pouze strusku. Tento krok zvyšuje celkovou účinnost zařízení a eliminuje • · ·

·· ···· 9 · · • 9 ·

ztrátu chemické energie uhlíku, která by jinak byla ztracena. Navíc, množství strusky produkované ve zplyňovači 1 je redukováno na minimum.

Vyčištění strusky je dosaženo foukáním měřeného množství kyslíku do struskovací komory 3 (v podobě čistého vzduchu, vzduchu obohaceného kyslíkem nebo čistého kyslíku), tak, aby uhlík, který je zde obsažen, byl dokonale spálen.

Kyslík může pocházet z okruhu primárního vzduchu zplyňovače I nebo může být dodán zcela nezávislým vzduchovým okruhem. Plyn, vyrobený spalováním materiálu, obsahující téměř výlučně CO₂, část CO a možná N₂ (při použití vzduchu jako oxidačního prostředku), je například následně přidáván převáděcím potrubím 21 do oxidačního prostředku, používaného při spalování části materiálu, takže se částečně změní zpět na CO současným využitím „čistících“ vlastností uhlíkového lože 13.

Aby se zabránilo porušení složení syntetizovaného plynu vyrobeného ve zplyňovači 1 například v důsledku zavedení nadměrného a nepotřebného množství kyslíku a dusíku, a aby se též zabránilo odstraňování materiálu obsahujícího uhlík ze struskovací komory 3, oxidační prostředek, foukaný do struskovací komory 3 by měl být, pokud možno, co nejblíže požadovanému stechiometrickému poměru.

Materiál, obsahující uhlík a inertní zbytky vycházející ze zplyňovače I recirkulačním potrubím 8 a/nebo pocházející z filtračního zařízení 4 pro filtrování plynu prachovým potrubím 22, vstupuje do struskovací komory 3 šnekem podávacího kanálu 6. Tento materiál je pak nabírán vertikálním rotačním šnekem 23 (který má jmenovitý výkon větší než šnek podávacího kanálu 6) a je dopravován do kruhové spalovací komory 24, kde v důsledku foukání vzduchu do vnějšího obvodu a v důsledku vysoké teploty dochází ke spalování. Spalování může postupovat, je-li to nutné, až k distribuční komoře 25. Spalovací komora 24 a distribuční komora 25 jsou vyrobeny z kovu odolného vůči vysokým teplotám nebo z keramického či žáruvzdorného materiálu.

Spaliny vystupují převáděcím potrubím 21 pro opětovné zavedení do zplyňovači komory

12. Odpadní struska je na druhé straně nabírána lopatkami 26 distribuční komory 25, které jsou spojeny s horním koncem rotačního šneku 23, a sklouzává žlabem 27 do skladovacího zásobníku 28 odpadu.

Je nutno poznamenat, že oxidační prostředek nutný pro spalování ve struskovací komoře 3 může být zahřátý v tepelném výměníku 29, čímž lze využít teplo obsažené v horké strusce, což ochladí strusku, a sníží problémy s teplem ve skladovacím zásobníku 28, umístěném dále, a zvýší se tak celková efektivnost zařízení. Všechny neznázoměné senzory požadované pro kontrolu procesu jsou umístěny na vstupu převáděcího potrubí 21.

Je nutno konstatovat, že tok odstraňovaného materiálu ze zplyňovače J určuje procento strusky v uhlíkovém loži 13 : čím větší je tok, tím méně strusky bude přítomno ve zplyňovači komoře 12. Naopak, čím větší je tok odstraňovaného materiálu, tím více uhlíku je v něm obsaženo.

Nejjednodušším způsobem, jak řídit provoz struskovací komory 3 je nastavení pevné hodnoty pro tok materiálu šnekem podávacího kanálu 6 a související hodnoty pro průtok kyslíku za účelem přiblížení ke stechiometrickému poměru. Tyto hodnoty mohou být «· ···· ·· ·«

9 9 9 9 9 ·

9 9 9 9 9 9

9 9 · 9 9 9 ·

9 9 9 9 9 9

9 · 9 9 9 9 stanoveny prostřednictvím testů, provedených na zařízení během provozu a pak upřesněny provozní praxí.

Přesnějším postupem, jak řídit struskovací komoru 3, což však vyžaduje vhodné senzory, je regulace průtoku oxidačního prostředku, foukaného do ní. Pokud má být splněna stechiometrie spalování, rychlost toku oxidačního prostředku by měla odpovídat dané rychlosti toku uhlíku. Rychlost toku materiálu, který rovněž obsahuje strusku, se proto určí jako funkce předepsané rychlosti toku oxidačního prostředku a obsahu uhlíku v materiálu.

Stechiometrie spalování může být hodnocena hlavně dvěma způsoby: analýzou obsahu O2 ve spalinách a/nebo analýzou teploty spalin. Analýzou přítomnosti kyslíku v kouři může být stanoven nedostatek nebo nadbytek paliva a následně nedostatečná nebo nadměrná průtoková rychlost šnekem podávacího kanálu 6.

Řízení analýzou teploty kouře vyžaduje předběžné testy, prováděné na provozním zařízení pro stanovení teploty jako funkce nadměrné nebo nedostatečné průtokové rychlosti odpadního materiálu. Po tomto stanovení ukáže srovnání skutečné teploty kouře s tabulkou experimentálních hodnot, jaká nastavení je nutno provést, co se týče rychlosti šneku.

V souhrnu nej důležitější charakteristiky tohoto vynálezu, týkající se zplyňovače I jsou následuj ícící:

Část uhlíkového lože 13 se recirkuluje.

- Recirkulaění uhlík je smícháván s čerstvým palivem před vstupem do oblasti H spalování.

- Recirkulace se uskutečňuje mimo hlavní konstrukci zplyňovače i.

- Rychlost recirkulace, jakož i rychlost toku materiálu oblastí H spalování je řízena nastavováním průtokové rychlosti vstřikovacího šneku 9: vertikální šnek JO musí jen dopravovat všechen obdržený materiál.

- Výkon zařízení je regulován změnami průtokové rychlosti oxidačního prostředku.

Spotřeba paliva je regulována ovládáním průtokové rychlosti ve šneku podávacího kanálu 6.

- Spodní lopatky 16 ve tvaru turbíny, spojené s centrální hřídelí 30, homogenně rozvádějí spaliny po celém povrchu uhlíkového lože 13 a zabraňují tak vytváření preferenčních průtokových kanálů tímto uhlíkovým ložem 13. Spodní lopatky 16 rovněž napomáhají usazování inertní látky obsažená v palivu na dně zplyňovací komory 12 a tlačí inertní látku směrem k výstupu 19 strusky.

- Keramické nebo podobné části jsou přednostně instalovány v horkých oblastech, aby zvýšily procesní teplotu, zlepšily zplyňování a prodloužily životnost těchto oblastí.

0··· ·« · · · · · · · · ♦ • · · · ··

V souhrnu nej důležitější charakteristiky tohoto vynálezu, týkající se struskovací komory 3, jsou následující:

- Struskovací komora 3 je fyzicky odlišná od zplyftovače i a je sním spojená prostřednictvím šneku podávacího kanálu 6 pro odstraňování strusky a převáděcím potrubím 21, které fouká dovnitř spaliny.

- Struskovací komora 3 může zpracovávat materiál s vysokým obsahem strusky ze zplyňovaěe 1 a z filtračního zařízení 4 pro filtraci plynu prostřednictvím řady propojení, jako např. recirkulaěním potrubím 8. nebo prachovým potrubím 22.

- Výsledkem je pevný odpad obsahující pouze inertní látku, s maximálním snížením jeho množství a zlepšenou celkovou účinností zařízení.

- Nevznikají žádné emise, protože spaliny jsou přidávány do oxidačního prostředku a jsou opětovně zaváděny do oblasti H spalování, kde mají další možnost účastnit se specifických chemických reakcí a využívat výhod čisticích vlastností uhlíkového lože 13.

- Komora oblasti 11 spalování a nebo spalovací komora 24 mohou být vyrobeny z keramického nebo podobného materiálu.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení podle tohoto vynálezu mohou být aplikovány při tepelném zpracování jakékoli organické látky, v nejširším slova smyslu (včetně látek přírodního původu jakož i látek chemického původu, jako jsou některé uhlovodíky, plastické hmoty, pryž atd.), dokonce obsahují-li větší množství inertních a tedy nespalitelných látek (až 50 %). Charakteristická mechanická konstrukce má schopnost zpracovávat palivo různé velikosti a různých tvarů. Konkrétně může proces a zařízení mohou používat materiál ve formě prachu, briket, pelet, které mají velikost nebo zrnitost omezenou pouze mechanickou schopností jejich přepravy.

Výsledný produkt je tak zvaný „chudý“ plyn, který má chemické složení a průtokovou rychlost v závislosti na použitém palivu a může být použit pro různé účely, jako je přímé spalování pro ohřev vzduchu, vody nebo jiných médií, nebo při výrobě předehřáté páry pro provoz turbíny nebo pro provoz plynové turbíny nebo spalovacího motoru. Mohl by být také použit jako výchozí materiál v chemickém průmyslu (syntéza čpavku, metanolu atd.)

Ing. Mar

Claims (14)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1. Způsob zpracování pevných spalitelných materiálů, jako je např. kontaminovaná biomasa a pevný komunální odpad, a jejich přeměna na syntetizovaný plyn, zahrnující krok zplyňování paliva prováděný v souproudém zplyňovači, ve kterém část spalitelného materiálu podléhá spalování s oxidačním prostředkem a vyvíjené teplo při spalování se využívá pro zplyňování zbývajícího materiálu; dále zahrnuje krok separace, extrakce a čištění strusky, vyznačující se tím, že struska se odděluje a odstraňuje ze spalovaného materiálu poté, co prošel částečným spálením a předtím, než byl zplyňován;

   - struska se pak čistí a odstraňuje se po vyloučení případného zbytkového spalitelného materiálu dokonalým spálením;

   - spalovaný materiál, který prošel krokem zplyňování bez toho, aby byl plně přeměněn na plyn (CO), se recirkuluje smícháním s čerstvým materiálem, předtím než je spalitelný materiál podroben spalování.
2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že spaliny, zvláště CO2, vznikající během čištění strusky, se přimísí k oxidačnímu prostředku používanému pro spalování části spalovaného materiálu.
3. 3. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že oxidační prostředek se zahřívá na teplotu vyšší než 400 °C prostřednictvím části využitelného tepla obsaženého v syntetizovaného plynu, proudícím za vysoké teploty ze zplyňovače, předtím než je odveden pro podporu spalování části spalitelného materiálu.
4. 4. Způsob podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že oxidační prostředek obsahuje podíl přehřáté páry.
5. 5. Způsob podle alespoň jednoho nároku laž 3, vyznačuj ící se tím, že oxidační prostředek se přidává do zplyňovače pod tlakem.
6. 6. Způsob podle alespoň jednoho nároku laž 5, vyznačující se tím, že jako oxidační prostředek se použije obyčejný čistý vzduch.
7. 7. Způsob podle alespoň jednoho nároku laž5, vyznačující se tím, že jako oxidační prostředek se použije vzduch obohacený kyslíkem.
8. 8. Způsob podle alespoň jednoho nároku laž 5, vyznačující se tím, že jako oxidační prostředek se použije čistý kyslík.
9. 9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že prach z filtru regenerovaný při filtrování syntetizovaného plynu se přidává do strusky po jejím oddělení a odstranění před čištěním, tak aby prach z filtru prošel stejným procesem čištění.

   Ing. Marie SMgČKOW patentový zástupce v

   Veííhkova 8, 160 00 Praha 6

   00 0000

   0 00

   0 0 0 0 0 0

   0 0 0 0 0 ·

   0 0 0 0 0 0 0

   0 0 0 0 0 0 • 90 00 00 0

   00 09

   0 0 9 0

   0 0 0 0

   0 9 9 0

   9· 09
10. 10. Zařízení k provádění tohoto způsobu podle nároku 1, zahrnující vertikální souproudý zplyňovaě (1), který má kruhovou oblast (11) spalování pro spalování části spalitelného materiálu, kde je oxidační prostředek podáván jak na její vnitřní tak vnější stranu, a zplyňovací komoru (12) pro zplyňování zbylého spalovaného materiálu, zplyňovací komora (12) je rovněž vertikální a je umístěna nad a po proudu oblasti (11) spalování ve směru pohybu spalovaného materiálu, vyznačující se tím, že

    - dno zplyňovací komory (12) má prostředky (16, 19, 5, 6) pro separaci a odstraňování strusky, zahrnující výstup (19) strusky pro podávání strusky a doprovodného spalovaného materiálu přes podávači kanál (6) do struskovací komory (3) pro dokonalé spálení doprovodného spalitelného materiálu a přeměnu na CO2, zatímco struska je sbírána po vyčištění do zásobníku (28) odpadu,

    - přičemž recirkulační prostředky (17, 18, 8) jsou umístěny v horní části zplyňovací komory (12) pro recirkulaci materiálu, který prošel krokem zplyňování bez toho, aby byl dokonale přeměněn na syntetizovaný plyn (CO), a obsahují rotační distributor materiálu v podobě lopatek (17), recirkulační prostředek dopravující recirkulující materiál do výstupního otvoru (18) vedoucího do recirkulačního potrubí (8), které podává recirkulační materiál do dávkovacího kanálu (7) pro dodávku čerstvého spalitelného materiálu, kde je čerstvý spalitelný materiál smíchán s recirkulujícím materiálem před tím, než je zaveden do zplyňovače (1) jako spalovaná směs.
11. 11 .Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že vertikální souproudý zplyňovač (1) obsahuje rotační vertikální šnek (10) pro podávání materiálu nahoru do kruhové oblasti (11) spalování.
12. 12. Zařízení podle nároku 10 nebo 11,vyznačující se tím, že recirkulační prostředky (17, 18, 8) podávající recirkulující spalovaný materiál do dávkovacího kanálu (7) pro čerstvý spalitelný materiál, který je vytvořen prvním, v podstatě horizontálním šnekem, kde je čerstvý materiál smíchán s recirkulujícím materiálem a který naopak podává směs čerstvého spalitelného materiálu a recirkulujícího materiálu jako palivo do vertikálního šneku (10) přes druhý, v podstatě horizontální vstřikovací šnek (9), vyúsťující do vertikálního pláště vertikálního šneku (10) zplyňovače (1).
13. 13. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že prostředky (16, 19, 5, 6) na separaci strusky a odstraňování strusky zahrnují distribuční jednotku rozdělovače pro distribuování, dopravu a provzdušňování materiálu, usazovaného na dně zplyňovací komory (12), tato distribuční jednotka obsahuje jednu nebo více horizontálních lopatek (16), rotujících kolem vertikální osy zplyňovače (1), přičemž lopatky (16) jsou šikmé k ploše dna tak aby čistily radiálně zplyňovací komoru (12) v dosahu celé délky lopatek (16) a slouží k rovnoměrnému rozdělování spalin po celém průřezu zplyňovací komory (12), čímž eliminují vytváření preferenčních kanálků toku plynu.
14. 14. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že struskovací komora (3) je opatřena rotačním vertikálním šnekem (23), zásobovaným struskou a doprovodným spalovaným materiálem pomocí v podstatě horizontálního podávacího kanálu (6), vyústěného do vertikálního pláště šneku (23) struskovací komory (3) a tím, že čištění strusky se realizuje cestou spalování doprovodného spalitelného materiálu v kruhové spalovací komoře (24), umístěné v horní části rotačního šneku (23) struskovací komory (3) a zásobované oxidačním prostředkem přinejmenším v jednom obvodu spalovací komory (24).