CZ278279B6 - Process and apparatus for bonding salt-forming compounds on to solids when incinerating solid fuels, refuse or the like materials - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení pro vázání solitvorných látek na pevných látkách při spalování fosilních paliv, odpadků a pod., při kterém se k odpadkům před spalováním přidávají zásadité látky, především uhličitan vápenatý CaCO₃, nebo uhličitan hořečnatý MgCO₃.

Je známé, že se vzniku kyselých plynů při spalování odpadků nebo fosilních paliv zabraňuje přídavkem zásaditých pevných látek. Také je známo, že se k suchým odpadkům přimíchávají zásadité látky ve formě. uhličitanu vápenatého CaCO₃,· nebo uhličitanu hořečnatého MgCO₃, a směs se briketuje. Brikety se poté spalují při relativně vysokých teplotách.

Dále je známé, že do spalovacího prostoru vhání práškované zásadité pevné látky (topeniště s fluiní vrstvou). V obou případech má přídavek zásaditých pevných látek za úkol neutralizovat kyseliny, vznikající při spalování. Část pomocí pevných látek chemicky přeměněných solitvorných látek, zejména ve formě halogenů, se nachází po spalování ve strusce v nebezpečné formě.

Výsledky dosažené pomocí známých způsobů vedou pouze k relativně malému snížení obsahu kyselých plynů ve spalinách, takže zpravidla je nezbytné dodatečné čištění kouřových plynů, jestliže se nemají tyto kyselé plyny vypouštět do atmosféry.

Vynález si klade za základní úlohu vytvořit způsob shora zmíněného druhu tak, aby při spalování nevznikaly z látek, tvořících soli, prakticky žádné kyselé plyny, takže nebude nutné dodatečné čištění kouřových plynů.

Tato úloha je podle vynálezu vyřešena následujícími kroky :

- obsah vlhkosti fosilních paliv, odpadků nebo pod. se nastaví na 10 až 35 % hmot.

- Bazické látky se přidávají k fosilním palivům, odpadkům a pod. v co možná nejrovnoměrnějším rozdělení, přičemž stechiometrický poměr zásaditých látek k látkám tvořícím soli je menší než 5:1.

- Po přídavku zásaditých látek se fosilní paliva, odpadky nebo pod. ponechávají v uzavřené nádrži, takže se nastaví stav nasycení vodní párou.

- Nakonec se směs spálí při teplotě ohniště, která se pohybuje pod disociační teplotou nových sloučenin, vznikajících ze zásaditých látek a solitvorných látek.

Způsob podle vynálezu směřuje k tomu, aby se již před ohništěm dosáhlo stoprocentní přeměny solitvorných látek na neškodné látky, které vykazují vysokou tepelnou pevnost, tedy vysokou termickou disociační teplotu. Tím je umožněno zadržet nové sloučeniny prakticky úplně ve strusce, jestliže se spalovací teplota nastaví tak, že teplota ohniště se pohybuje pod touto disociační teplotou. Pro obvyklé, v odpadcích obsažené solitvorné látky (převážně halogeny) se při použití uhličitanu vápenatého nebo uhličitanu hořečnatého pohybuje termická disociační teplota okolo 850 °C a výše, takže se bez předchozího zkoušení odpadků nastaví s výhodou teplota ohniště pod 850 ’C, s výhodou pod 810 °C. Teplota ve spalovacím prostoru, účinná pro spalování odpadků se při

-1CZ 278279 B6

V ’ .

tom pohybuje podle okolností podstatně výše, takže se účinného spálení odpadků dosáhne i při nastavení teploty ohniště pod

850 °C.

Stechiometrický poměr mezi zásaditými látkami a solitvornými látkami se pohybuje s výhodou pod 4,2 : 1, s výhodou asi okolo 2:1. Samozřejmě je stechiometrický poměr závislý na druhu přidávaných zásaditých látek a na dosaženém jemném rozdělení zásaditých látek uvnitř fosilních paliv, odpadků, apod. Velmi jemné rozdělení, tedy velmi důkladné smíchání zásaditých látek s fosilními palivy, odpadky nebo pod. se dosáhne, když se zásadité látky například rozpráší tryskou.

Nastavením obsahů vlhkosti fosilních paliv, nebo odpadků, přičemž se dotyčný obsah vlhkosti netýká krystalické a chemicky vázané vody, a nastavením stavu nasycení vodní párou během prodlevy se dosáhne toho, že zásadité látky mohou prakticky dokonale zreagovat s halogeny, obsaženými ve fosilních palivech nebo v odpadcích. Vzhledem k tomu, že reakce probíhají exothermicky, vzniká při tom značný ohřev. Tím dochází k velkému odpařování, které vede k usušení fosilních paliv, odpadků nebo pod., takže se tyto mohou dobře na ohništi spálit.

Doba prodlevy v uzavřené nádrži mezi přídavkem pevných látek a ohništěm činí s výhodou minimálně 10, s výhodu minimálně 20 minut. Při kontinuálně probíhajícím zůsobu se může doba prodlevy odvodit s výhodou z doby dopravy fosilních paliv, odpadků nebo pod.· od plnicí stanice pro zásadité látky k ohništi. Ve všech případech má dojít k sycení vodní párou při minimálně 40 °c, aby se dosáhlo dobrých reakčních podmínek.

Sloučeniny, vzniklé při přídavků uhličitanu vápenatého, nebo uhličitanu hořečnatého, s halogeny jsou například chlorid vápenatý CaCl₂, síran vápenatý CaSO₄, dusičnan vápenatý Ca/NO₃/₂, popřípadě chlorid hořečnatý MgCl₂, síran hořečnatý MgSO₄ a dusičnan hořečnatý Mg/NO₃/₂. Tyto látky vykazují vysoké termické disociační teploty, které se při udržení teploty ohniště pod 850 °C nedosáhnou, takže tyto látky zůstanou ve strusce a tato struska se může bez rozpaků použít jako stavební materiál, například pro stavbu silnic.

Zásadité látky se mohou s výhodou přidávat ve formě suspense nebo roztoku zásaditých látek. Při tom se obsah vlhkosti fosilních paliv, odpadků a pod. nastaví s výhodou na 25 % obj.

Jestliže se zásadité látky přidávají v dávkovači stanici, zřízené před ohništěm, která je ohraničena na jedné boční straně velkou plochou, odrážející tepelné záření,-.která je vytápěná spalnými plyny ohniště, nechá se nastavit teplota, výhodná pro požadovanou konverzi solitvorných látek v neškodné pevné látky s vysokými disociačními teplotami před spalováním na ohništi, aniž by bylo pro tento účel nezbytné provádět dodatečný ohřev. Teplota, nastavená v dávkovači stanici, činí při tom 180 až 300 °C, s výhodou 300 °C.

-2CZ 278279 B6

Dobrá regulace nízkých teplot ohniště se dá dosáhnout tím, že se nad ohništěm zřídí pomocí odsáváni plynu podtlak. Podtlak může s výhodou činit 30 Pa, přičemž rychlost proudění ve spalovacím prostoru má být < 3 m/s.

Přídavkem zásaditých látek podle vynálezu a udržením nízkých teplot ohniště se sníží popsaným způsobem vznik anorganických kyselých plynů. Při spalování fosilních paliv nebo odpadků nebo pod. vznikají ale zpravidla i uhlovodíky. Je známo, že se znečištění vzduchu uhlovodíky snižuje, popřípadě zabraňuje, dodatečným spalováním kouřových plynů. Za tímto účelem se kouřové plyny, obsahující uhlovodíky, zahřívají přídavnými hořáky na teploty, převyšující 1 000 ’C a sice po tak dlouhém úseku, že se uhlovodíky a popřípadě vzniklý oxid uhelnatý převede na oxid uhličitý. Takovýto dodatečný spalovací úsek je velmi nákladný a spotřebuje velmi mnoho „energie.

Podle vynálezu lze v jediném společném zařízení zneškodnit i uhlovodíky, a to tehdy, jestliže je v něm nad ohništěm uspořádána komora pro doreagování, zachycující spalný plyn, jejíž stěny jsou vytvořeny ^tak, že dochází pouze k tepelným ztrátám. Stěny jsou při tom vytvořeny z infračerveně zářícího materiálu, s výhodou keramiky, přičemž sloučeniny karbidu křemíku jsou zejména výhodné. Spalné plyny působí při tom automaticky to, že v komoře pro doreagování vystupuje teplota nad 900 ’C, zejména pak na 1 050 až 1 250 °C. Pomocí paralelního vedení se může intenzita infračerveného záření pro spalné plyny v komoře pro doreagování tak zintenzifikovat, že účinkem infračerveného záření disociují molekuly uhlovodíků na oxid uhličitý CO₂ a HO₂, popřípadě oxid uhličitý a oxid dusičitý N0₂, jestliže doba působení infračerveného záření je delší než 0,1 s. V komoře pro doreagování se upravují i plyné oxidy síry a plynné oxidy dusíku. Vznikající pára kyseliny sírové a dusičné se vede do kondenzátoru, kde se oddělí z odpadního kondenzát kyselin, jak je to popsáno například v DE - patentu 33 29 823.

Pro udržení rovnoměrné vysoké teploty v komoře pro dodatečné spalování je již dříve zmíněné odsávání spalných plynů výhodné tehdy, jestliže je pod ohništěm uspořádán přívod čerstvého vzduchu, popřípadě škrcen. Tím se dosáhne toho, že nad ohništěm v oblasti spalných plynů nedochází v důsledku přívodu sekundárního vzduchu k žádnému poklesu teplot, jak se to stávalo u dosavadních přívodů sekundárního vzduchu nad ohniště pro zvýšení teploty ohniště. Doreagování není rušeno, s ohledem na uvedené, přívodem sekundárního vzduchu.

Pomocí nastavitelného odsávání spalných plynů se dá udržet teplota ohniště na požadované nízké hodnotě. Kromě toho se dá zabránit tomu, aby se ohništěm nepros»** lo příliš mnoho spalného vzduchu, který není pro spalování nezbytný a proto se teplota nad ohništěm mohla snížit. Mírou správného spalování, zejména v případě menšího zatížení, je udržení obsahu volného kyslíku v komoře pro doreagování na hodnotě 3 % obj. nebo na nižší hodnotě. Je proto účelné, když se obsah volného kyslíku v komoře pro doreagování měří a vhodně se reguluje odsávání.

-3CZ 278279 B6

Zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu je znázorněno schematicky na výkrese..

V dokonale zavřené skříni 1 se nachází dopravní pás 2, který se pohybuje ve vodorovném směru na obě strany, . jak to naznačuje dvojitá šipka A. Dopravní pás 2 má na své horní straně unášecí klíny 3., které vystupují šikmo ve směru dopravy a potom strmě klesají ve tvaru pilovitých zubů a tím vytváří strmou hranu 4. Strmá hrana 4 posouvá při pohybu dopředu dopravního pásu 2 přes úkos klouzající paliva ve směru dopravy, takže se tímto způsobem provádí doprava, na výkrese vpravo, ačkoliv se dopravní pás 2 pohybuje na obě strany.

Vsazování fosilních paliv se provádí od horní strany skříně 1 přes dávkovači zařízení 5, například dávkovači šnek nebo dávkovači propust. Na konci dopravního pásu 2 padají fosilní paliva přes stupeň 6 -na hluboko ležící rovinu, na které se nachází rošt

7. S pohybem dopravního pásu 2 je spojeno smýkadlo 8, které posouvá fosilní palivo na rošt 7 na výkrese vpravo, kde vytváří ohniště. Pod roštem 7 se nachází popelník 9, jehož stěna vykazuje otvor pro přívod čerstvého vzduchu. V přívodu čerstvého vzduchu se nachází škrticí klapka 11, pomocí níž je regulovatelný přívod čerstvého vzduchu. Před roštem 7 se nachází na horní straně skříně 1 dávkovači stanice 12 pro roztok nebo suspensi zásaditých látek. Dávkovači stanice 12 vykazuje kapací trysku 13., pomocí níž lze dávkovat přidávané zásadité látky.

Nad jímá spalné boční stěny dány tak, protiproudé doreagování.

výměník tepla běžné konstrukce.

roštem 7 plyny.

15, 15' že se vedení

Na výstup se nachází komora 14 pro doreagování, která Komora 14 pro doreagování vykazuje keramické a keramickou mezistěnu 16, které jsou uspořávytvoří svislé stoupací vedení 17 a svislé 18, které ústí do výstupu 19 komory 14 pro 19 se připojuje oddělený (neznázorněný)

Keramická vnější stěna 15', směřující k dávkovači stanici, vykazuje velkou plochu, odvádějící tepelné záření. Teplo, které se od ní odrazí, pohltí se teplovodícím plechem 20, který je uspořádán pod dopravním pásem 2 šikmo od roštu 2 vzhůru a bezprostředně vedle dávkovači stanice 12. Teplovodící plech 20 se zahřívá tepelným zářením, odváděným od keramické vnější stěny 15¹ na teplotu, která zajišťuje dostatečnou reakční teplotu v oblasti dávkovači stanice 12. S výhodou se zde nastavuje teplota asi 300 “C, která působí příznivě na přeměnu halogenů s přidávanými zásaditými látkami na bezpečné reakční produkty s vysokými disociačními teplotami.

Horní tryska 13, stěně 15'.

hrana plechu 20, ležící o něco doleji než kapací pokračuje kusem 21 plechu, skloněným šikmo k vnější Kus 21 plechu vykazuje otvory pro kapalný kondenzát, kapalný kondenzát, ochlazený v horní oblasti skříně 1 se dostává mezi plech 20 a vnější stěnu 15' komory 14 pro doreagování, a otvorem v keramickém dnu 22 může kapat mezi plech 20 a vnější stěnu 15' na rošt 1_, takže se vytvoří okruh.

Znázorněná konstrukce komory 14 pro doreagování zajišťuje při dodržení nízké rychlosti proudění pro spalné plyny pomocí vhodného nastavení odsávání dostatečnou dobu prodlevy spalných

-4CZ 278279 B6 plynů ve vysokoteplotní oblasti. Tím zreagují spalné plyny v požadované míře.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (32)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob vázání solitvorných látek na pevných látkách při spalování fosilních paliv, odpadků nebo podobných látek, při kterém se přidávají před spalováním zásadité látky, zejména uhličitan vápenatý nebo uhličitan hořečnatý, vyznačující se . tím, že se provádí následující kroky

   - obsah vlhkosti fosilních paliv, odpadků nebo podobných látek se nastaví na 10 až 35 % hmot.,

   - zásadité látky se přidávají k fosilním palivům, odpadkům nebo podobným látkám v co nejrovnoměrnějším rozdělení, přičemž stechiometrický poměr zásaditých látek solitvorným látkám je menší než 5:1,

   - po přídavku zásaditých látek se fosilní paliva, odpadky nebo podobné látky ponechají po dobu prodlevy v dokonale uzavřené nádrži, takže se nastaví stav nasycení vodní párou,

   - nakonec se směs spálí při teplotě ohniště, která se pohybuje pod termickou disociační teplotou sloučenin, vznikajících ze zásaditých látek a halogenů.
2. 2. Způsob podle nároku, vyznačující se poměr volí menší než 4,2 : 1.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující rický poměr volí asi.2 : 1.
4. 4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až se teplota ohniště volí pod 850 ’C.
5. 5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až doba prodlevy v uzavřené nádrži mezi přídavkem zásaditých látek a spálením činí alespoň 10 min.
6. 6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že doba prodlevy vyplývá z doby dopravy fosilních paliv, odpadků nebo podobných látek od dávkovači stanice pro dávkování zásaditých látek k ohništi.
7. 7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že obsah vlhkosti se nastaví na 25 % obj.
8. 8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se zásadrté látky přidávají ve formě suspense nebo roztoku zásaditých látek.
9. 9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že se zásadité látky přidávají v dávkovači stanici, uspořádané před ohništěm, která je z jedné boční strany ohraničena velkou plochou, odrážející tepelné záření, která je vyhřívána spalnými plyny ohniště.

   tím, že se stechiometrický se tím, že se stechiomet-

   3, vyznačující se tím, že

   4, vyznačující se tím, že
10. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se dávkovači stanice nastaví na teplotu 180 až 250 °C.
11. 11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že se teplota v dávkovači stanici nastaví na 300 °C.
12. 12. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že se nad ohništěm zřídí pomocí odsávání plynů podtlak.
13. 13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že se nastaví podtlak 30 Pa.
14. 14. Způsob ppodle jednoho z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že se nad ohništěm uspořádá komora pro doreagování, j ímaj ící spalný plyn, jejíž stěny se vytvoří tak, že vznikají malé tepelné ztráty.
15. 15. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že rychlost spalných plynů v komoře pro doreagování se udržuje menší než 3 m/s.
16. 16. Způsob podle nároku. 14 nebo 15, vyznačující se tím, že stěny komory pro doreagování jsou vytvořeny z materiálu, odrážejícího infračervené paprsky.
17. 17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že proud spalných plynů v komoře pro doreagování se pomocí materiálu stěn vícekrát obrací.
18. 18. Způsob podle jednoho z nároků 14 až 17, vyznačující se tím, že se teplota v komoře pro doreagování nastaví na > 900 “C.
19. 19. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že se teplota v komoře pro doreagování nastaví na 1 050 až 1 250 °C.
20. 20. Způsob podle jednoho z nároků 14 až’19, vyznačující se tím, že obsah volného kyslíku v komoře pro doreagování se nastaví na < 3 % obj.
21. 21. Způsob podle jednoho z nároků 12 až 20, vyznačující se tím, že nastavení parametrů spalování se provádí regulací podtlaku, popřípadě rychlosti proudění odsávaných spalných plynů.
22. 22. Způsob podle jednoho z nároků 14 až 21, vyznačující se tím, že na výstup komory pro doreagování navazuje výměník tepla.
23. 23. Zářízení pro provádění způsobu podle jednoho z nároků 1 až 22, vyznačující se tím, že má

    - přívodní zařízení (2) pro přivádění paliv k ohništi,

    - dávkovači stanici (12) pro zásadité látky, uspořádanou před ohništěm,

    - dokonale těsnící skříň (1), obklopující dávkovači stanici (12) a ohniště, a

    - regulovatelné odsávací zařízení pro spalné plyny, vystupující z ohniště.
24. 24. Zářízení podle nároku 23, vyznačující se tím, že má pod ohništěm uspořádaný přívod čerstvého vzduchu.

    -6CZ 278279 B6
25. 25. Zářízení podle nároku 24, vyzunačující se tím, že v přívodu čerstvého vzduchu je uspořádán škrticí ventil (11).
26. 26. Zařízení podle jednoho z nároků 23 až 25, vyznačující se tím, že má nad ohništěm uspořádanou komoru (14) pro doreagování s keramickými stěnami (15, 15').
27. 27. Zařízení podle nároku 26, vyznačující se tím, žerná vedení (17) v komoře · (14) pro doreagování se svislým stoupáním a alespoň jedním svislým protiproudovým vedením (18), které jsou ohraničeny keramickými stěnami (15, 15', 16).
28. 28. Zářízení podle nároku 26 nebo 27, vyznačující se tím, že keramické stěny (15, 15', 16) sestávají ze sloučenin karbidu křemíku .
29. 29. Zařízení podle jednoho z nároků 26 až 28, vyznačující se tím, že má oddělený., na výstup (19) komory (14) pro doreagování připojený výměník tepla.
30. 30. Zařízení podle..jednoho z nároků 23 až 29, vyznačující se tím, že poblíž dávkovači stanice (12) je uspořádán šikmo od ohniště směřující teplovedoucí plech (20), který pohlcuje teplo, vyzářené keramickou stěnou (15') komory (14) pro doreagování.
31. 31. Zařízení podle nároku 30, vyznačující se tím, že na horní hranu plechu (20) je připojen šikmo ke komoře (14) pro doreagování směřující, otvory pro průchod kapalného kondezátu vykazující kus (21) plechu a mezi dolní stranou plechu (20) a vnější stěnou (15') komory (14) pro doreagování je uspořádáno dno (22), které vykazuje výstupní otvor pro kapalný kondenzát, nacházející se nad dávkovacím roštem (7).
32. 32. Zařízení podle jednoho z nároků 23 až 31, vyznačující se tím, že dávkovači stanice (12) vykazuje kapací trysku (13) pro suspensi nebo roztok zásaditých látek.