CZ2018688A3

CZ2018688A3 - Zařízení pro dávkování kalů do fluidního ohniště

Info

Publication number: CZ2018688A3
Application number: CZ2018-688A
Authority: CZ
Inventors: BohumĂr ÄŚech; Pavel DVOŘÁK; Zuzana Vávrová; Radim FojtĹŻ; Ondřej Palička
Original assignee: Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-04-15
Also published as: EP3666738A1; CZ308288B6

Abstract

Zařízení k dávkování kalů do fluidního ohniště je tvořeno dávkovací tryskou (1) kalu, napojenou na přívodní potrubí (3) kalu a ústící do spalovací komory, přičemž dávkovací trysku (1) obklopuje válcový plášť k vedení vzduchu mezi vnější stěnou dávkovací trysky (1) a pláštěm). Ve stěně trysky (1) jsou po obvodu provedeny otvory (8) propojující vnitřní prostor trysky (1) s prostorem mezi tryskou (1) a válcovým pláštěm (7) přivádějícím stlačený čeřící vzduch.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukce dávkovacího zařízení odvodněných čistírenských kalů do spalovacích zařízení, zejména s fluidním způsobem spalování. Vynález spadá do oblasti likvidace čistírenských odpadů a oblasti energetických provozů na tuhá i plynná paliva.

Dosavadní stav techniky

Výstupní úpravou čistírenských kalů ve stávajících čistírnách odpadních vod je jejich odvodnění. To se děje v odstředivkách nebo v odvodňovacích lisech. Výsledkem je odvodněný čistírenský kal s obsahem vody 60 až 80 % hmota., zbytek tvoří směs organických a anorganických látek. Výhřevnost kalů se podle obsahu vody pohybuje od 1 do 2 MJ.kg¹. Odvodněné čistírenské kaly se v minulosti vyvážely na pole, nebo ukládaly na skládce. V současné době legislativa ukládá, aby odvodněné čistírenské kaly byly spalovány v energetických zařízeních.

Spalováním dojde k likvidaci všech nežádoucích bakterií, virů a plísní, včetně likvidace nežádoucích organických látek. Čistírenské kaly se v zahraničí termicky likvidují zejména ve fluidních spalovacích zařízeních. Kaly se plunžrovým čerpadlem a potrubím dopravují ze zásobníků do spalovacích komor. Dopravní trasa je zakončena trubkou zavedenou přes stěnu spalovací komory dovnitř do fluidní vrstvy. Z trubky o průměru 50 až 150 mm vypadávají homogenní kusy kalů o hmotnosti 1 až 3 kg z výšky několika metrů do spodní části fluidní vrstvy, případně na fluidní rošt.

Příkladem je zařízení ke spalování kalů na pískovém fluidním loži podle dokumentu CN 203703990. U těchto zařízení je nutno při provozu hlídat dopravované množství kalu, aby se neucpaly přívody fluidizačního vzduchu do dna spalovací komory, případně aby nedošlo k zastavení fluidizace přebytkem mokré pastovité hmoty čistírenských kalů. Dávkování je omezeno nutností dispergovat přivedenou hmotu na menší fluidující částice. Nedokonalým dávkováním kalů vznikají nespálené částice v odváděném ložovém popelu a současně mohou vznikat nálepy a nápeky na stěnách spalovacích komor s nepříznivým vlivem na materiál vyzdívek a teplosměnných ploch.

Někdy se tento problém řeší rozdělením dopravního potrubí na několik menších dílčích proudů, které jsou zavedeny do různých částí fluidní spalovací komory. U všech známých řešení se ale jedná o přívod kalů hladkou a celistvou rovnou trubkou.

Dokument DE 2612302 popisuje hořák ke spalování odvodněných odpadních vod obsahujících organické látky. Do spalovací komory ústí tryskou, která tlakem vodní páry atomizuje přiváděný kal smísený se spalovacím vzduchem. K zavedení vzduchu do kalu dochází ve směšovací trysce zařazené před tělesem hořáku. Jedná se o hořák ke spalování přiváděného kalu před ústím do spalovací komory, nikoli k přivádění rozptýleného kalu do ohniště. Jelikož vzduch přimíšený do kalu představuje veškerý spalovací vzduch, jedná se o velké množství vzduchu, které musí projít směšovací tryskou. To vyžaduje instalaci nákladného zařízení náročného na regulaci a údržbu.

Z dokumentu CN 204404196 je známo zařízení ke spalování částečně odvodněného kalu ve vznosu. Kal se do spalovacího prostoru přivádí trubkou, v jejímž ústí se nachází atomizér kalu. Přívodní trubku obklopuje válcový plášť, ve kterém je veden primární kyslíkem obohacený spalovací vzduch ústící do spalovacího prostoru. Tento válcový plášť je obklopen druhým válcovým pláštěm, přičemž mezi oběma plášti je do spalovacího prostoru veden sekundární vzduch. Ke kontaktu přiváděného kalu se spalovacím vzduchem dochází až před ústím hořáku, tedy v místě spalování. Zařízení neumožňuje rozptýlení přiváděného kalu do prostoru ohniště.

- 1 CZ 2018 - 688 A3

Vynález si klade za úkol navrhnout způsob a zařízení k bezpečnému rozptýlení kalu do prostoru fluidního ohniště.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší zařízení k dávkování kalů do fluidního ohniště tvořené dávkovači tryskou kalu napojenou na přívodní potrubí kalu a ústící do spalovací komory, přičemž dávkovači trysku obklopuje válcový plášť k vedení vzduchu mezi vnější stěnou dávkovači trysky a pláštěm. Podstata zařízení spočívá v tom, že ve stěně trysky jsou po obvodu provedeny otvory propojující vnitřní prostor trysky s prostorem mezi tryskou a pláštěm přivádějícím stlačený čeřící vzduch.

Pro chlazení dávkovacího zařízení je válcový plášť s výhodou obklopen vnějším válcovým pláštěm, přičemž prostor mezi plášti, který svými otvory ústí do spalovací komory, vede proud chladicího vzduchu.

Ve výhodném provedení je dávkovači tryska opatřena přívodem tlakového čisticího vzduchu a mezi přívodní potrubí kalu a dávkovači trysku je vložen uzavírací ventil.

Dávkování spočívá v čeření pastovitého kalu vzduchem, který se přivádí do ústí kalového potrubí do spalovací komory. Účinkem proudění čeřícího vzduchu dojde k narušení homogenní pastovité konzistence hmotového toku kalu a kal se rozdělí na menší částice. Dělení na menší částice je závislé na množství a výstupní rychlosti proudu vzduchu z otvorů v dávkovači trysce. Částice se vzhledem k dodané kinetické energii lépe rozptylují ve fluidním ohništi a převážně nedopadnou na dno fluidní vrstvy. Voda z kalu se rychleji odpaří a částice dezintegrují a dobře prohoří. Tento způsob je vhodný i pro dávkování do různých částí fluidního ohniště: do stacionární fluidní vrstvy i do horkých dopravních cest ložového popela, pod cyklóny a za fluidní uzávěry. Zařízení není citlivé na přítomnost cizích předmětů v kalech, protože nezužuje profil dopravních cest.

Objasnění výkresů

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na kterém je na obr. 1 podélný řez výhodným provedením zařízení k dávkování kalů do fluidní vrstvy spalovacích zařízení.

Příklady uskutečnění vynálezu

V provedení dávkovacího zařízení kalu podle obr. 1 je dávkovači tryska 1 napojena prostřednictvím kulového uzavíracího ventilu 2 na přívodní potrubí 3 kalu, jehož průměr činí 50 až 150 mm podle velikosti zařízení, a ústí do spalovacího zařízení. Dávkovači tryska 1 je k přívodnímu potrubí 3 připojena přírubou 4 a volným koncem je vsunuta do stěny spalovací komory. Kulový uzavírací ventil 2 je v potrubní trase vřazen pro případ opravy dopravního potrubí nebo manipulace spojené s výměnou nebo opravou trysky 1. Pro účely čištění vnitřní části trysky ]_ od nánosů kalů při odstávce nebo při opravě zařízení může být přívodem 5 přiveden tlakový čisticí vzduch o potřebném tlaku.

Stlačený čeřící vzduch je vstupem 6 přiváděn do prostoru mezi vnější stěnou dávkovači trysky 1 a válcovým pláštěm 7 obklopujícím trysku L Čeřící vzduch vstupuje dovnitř do proudu pastovité hmoty v trysce 1 několika malými otvory 8 umístěnými bezprostředně před výstupem pastovité hmoty z trysky 1 do spalovací komory. Otvory 8 jsou vyvrtány po obvodu trysky 1 v jedné rovině a mají průměr 1 až 6 milimetrů.

Aby se omezila teplotní degradace materiálu dávkovacího zařízení, je dosud popsané zařízení

-2CZ 2018 - 688 A3 opatřeno vnějším válcovým pláštěm 9 a do prostoru mezi plášti 7 a 9 je přiváděn přívodem 10 studený tlakový chladicí vzduch o přetlaku 5 až 10 bar. Tento vzduch při průchodu mezi plášti 7 a 9 chladí materiál trysky j. a následně vystupuje z čela trysky i otvory 11 do spalovací komory, kde se účastní spalování hlavního paliva i kalů.

Příklad 1

Čistírenský kal obsahující 28 % hmota, sušiny byl dávkován dvojčinným pístovým čerpadlem do fluidního ohniště. Fluidní kotel má výkon 52 MW a spaluje se v něm hnědé uhlí spolu s uvedeným čistírenským kalem. Kal se dávkuje do husté fluidní vrstvy ve výšce 4,5 m nad kloboučkovým roštem. Přívodní potrubí 3 pro dávkování kalu má průměr 70 mm a jeho zaústění do ohniště je provedeno zařízením podle vynálezu. Množství dávkovaného kalu bylo 500 až 550 kg za hodinu. Pro čeření byl přiváděn vzduch o tlaku 6 bar. Jeho množství bylo 7 až 70Nm³/hod, s výhodou 15 až 25 Nm³/hod. Pro srovnání bylo provedeno dávkování kalů na volnou plochu bez čeření proudu kalu vzduchem a následně s čeřením. Při dávkování bez čeření kal padá volně najedno místo a tvoří hromadu. Při zařazení dávkovači trysky podle vynálezu a za stejných podmínek se kal při pohledu shora rozptýlil do kruhu, aby se nedotýkal stěn spalovací komory.

Příklad 2

Za stejných podmínek jako v příkladu 1 byl pro čeření použit tlakový vzduch, ale v tomto případě byla v proudu vzduchu prostřednictvím rotačního ventilu vyvolána pulzace tlaku. Ukázalo se, že při pulzním dávkování je kal rovnoměrněji rozptýlen v celé ploše kruhu. Také byl průměr kruhu dopadajících částic o 20 % větší. Při desintegrad kalu pulzním vzduchem je velikost částic kalu menší a jeho rozptýlení rovnoměrnější než při čeření tlakovým vzduchem bez pulzace.

Průmyslová využitelnost

Legislativa omezuje využití čistírenských kalů pro zemědělské účely a potlačuje i jejich skládkování. Proto je třeba kaly termicky likvidovat spalováním. Vzhledem k vysokému obsahu vody v kalech je jejich výhřevnost nízká. V současné době se kaly spalují s plynnými nebo kapalnými palivy nebo se spalují spolu s uhlím v energetických kotlích. Lepivý a pasto vitý charakter odvodněných kalů brání spolehlivé fluidizaci materiálů. Aby se zamezila defluidace v ohništi, je nezbytné dávkovat kal po menších částicích. To s výhodou umožňuje zařízení podle vynálezu. Zařízení lze využít k rozptýlení pastovitého kalu při dávkování, zejména do fluidního ohniště při spalování uhlí, plynu nebo oleje.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení k dávkování kalů do fluidního ohniště, tvořené dávkovači tryskou (1) kalu napojenou na přívodní potrubí (3) kalu a ústící do spalovací komory, přičemž dávkovači trysku (1) obklopuje válcový plášť k vedení vzduchu mezi vnější stěnou dávkovači trysky (1) a pláštěm, vyznačující se tím, že ve stěně trysky (1) jsou po obvodu provedeny otvory (8) propojující vnitřní prostor trysky (1) s prostorem mezi tryskou (1) a válcovým pláštěm (7) přivádějícím stlačený čeřící vzduch.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že válcový plášť (7) je obklopen vnějším válcovým pláštěm (9), přičemž prostorem mezi plášti (7, 9), který svými otvory (11) ústí do spalovací komory, je veden proud chladicího vzduchu.

-3 CZ 2018 - 688 A3
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dávkovači tryska (1) je opatřena přívodem (5) tlakového čisticího vzduchu
5 4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že mezi přívodní potrubí (3) kalu a dávkovači trysku (1) je vložen uzavírací ventil (2).

1 výkres