CZ279736B6

CZ279736B6 - Způsob spalování pevných spalitelných zbytků z chemických provozů a zařízení k provádění způsobu

Info

Publication number: CZ279736B6
Application number: CS902651A
Authority: CZ
Inventors: Noriaki Nakase; Masao Koyama; Masahiro Inada; Toshiaki Masaoka; Tooru Abiko; Kenji Takahashi
Original assignee: Mitsui Chemicals, Inc.
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1995-06-14
Also published as: RU2021559C1; US5245937A; PL285374A1; CN1033054C; KR940002217B1; AU5587790A; EP0400937A3; JPH031007A; AU626678B2; ES2064629T3; EP0400937A2; ATE112033T1; CA2017626A1; CA2017626C; EP0400937B1; KR900018599A; DD294767A5; CS9002651A2; DE69012651T2; DE69012651D1

Abstract

Způsob spalování pevných spalitelných zbytků z chemických provozů, při němž se zavádí kaše pevných spalitelných zbytků v oleji do hořáku (13) spalovacího topeniště. Množství oleje je alespoň 0,5 dílu hmotnostního na díl hmotnostní pevných spalitelných zbytků. Spalování probíhá při teplotě 800 až 1000 stupňů C po dobu nejméně 0,5 s. Zařízení sestává ze spalovacího topeniště tvořeného spalovací komorou (1) s hořákem (13) umístěným v její horní části a sekundární spalovací komorou (2) umístěnou ve spodní části spalovací komory (1). Na sekundární spalovací komoru (2) navazuje plynový kanál (5) spojený s terciální spalovací komorou (6) opatřenou ohřevnými trubkami (16) se vstupním potrubím (17) teplovodního média. Na horní část terciální spalovací komory (6) navazuje odpadní plynový kanál (7) ústící do ventilátoru (8). Dno sekundární spalovací komory (2) a dno terciální spalovací komory (6) je opatřeno zásobníkovou komorou (3) a odpadním otvorem (4).ŕ

Description

Způsob spalování pevných spalitelných zbytků a spalovací zařízení k provádění tohoto způsobu.

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení ke spalování pevných spalitelných zbytků z chemických provozů, zejména z provozů na výrobu kyseliny tereftalové. Obzvláště se tento vynález týká způsobu a zařízení ke spalování pevných spalitelných zbytků z chemických provozů, zejména z provozů na výrobu kyseliny tereftalové, za současného využití spalovacího tepla k ohřívání topného média, používaného k ohřevu provozní tekutiny pro stroje nebo zařízení těchto provozů.

Dosavadní stav techniky

Zbytky z provozů na výrobu kyseliny tereftalové obsahují kyselinu tereftalovou, kyselinu isoftalovou, kyselinu benzoovou, kyselinu p-toluylovou, vedlejší produkty vysokovroucích sloučenin a odpadní katalyzátory. Tyto zbytky jsou pevné při teplotě místnosti a jsou spalitelné (tyto zbytky jsou označené jako pevné spalitelné zbytky). V průmyslových provozech se tyto zbytky dosud spalují v samostatných spalovacích pecích. V jednom příkladu známého provedení spalovací pece se přivádí těžký olej nebo plynné palivo do pomocného hořáku, který zahřívá topeniště na vysokou teplotu. Mezitím se pevné spalitelné zbytky přivádějí vstupem pro přívod zbytků do nístěje pece a spalují se (způsob nístějového spalování). V jiném způsobu se vodná kaše z pevných spalitelných zbytků přivádí do rozprašovací trysky pomocí kalového potrubí. Vnitřek topeniště se zahřívá pomocným hořákem na vysokou teplotu. Pevné spalitelné zbytky se rozprašováním rozptýlí v topeništi a spálí se. Z výstupu pece vystupují plynné zplodiny hoření.

Při uvedených způsobech se vyžaduje použití těžkého oleje nebo plynného paliva, jako LPG (liquefied petroleum gas - kapalný topný plyn), jako pomocného paliva k úplnému spálení pevných spalitelných zbytků. To představuje mimořádný a nehospodárný přívod energie do provozu.

V dalším příkladu provedení, u provozu na výrobu kyseliny tereftalové, je topeniště, uzpůsobené k vytápění topným médiem, uspořádané v tomto provozu oddělené od spalovací pece, pro průběžné vytápění nebo ohřev strojů nebo zařízení. Jako paliva se obvykle používá těžkého oleje nebo plynného paliva jako LPG, přiváděných palivovou trubkou do hořáku topeniště na topné médium. Topné médium se přivádí ze vstupu topného média a spaluje se. Potom vystupuje z výstupu topného média a cirkuluje pro udržování strojů nebo zařízení v ohřátém stavu. Plynné zplodiny hoření vystupují ze šachty topeniště.

U spalovací pece podle prvního provedení se odstraňuje obtížně popel z nístěje pece a vznikají potíže, jako je poškozování cihel a tvárnic nístěje, způsobené odtavováním popela z cihel nebo tvárnic. U spalovací pece podle druhého provedení se vyžaduje mimořádný přívod tepelné energie kvůli skupenskému teplu při odpařování vody z vodné kaše z přiváděných pevných spalitelných zbytků. Cihly nebo tvárnice na bočních stěnách topeniště se mimo

-1CZ 279736 B6 to rychle ochlazují rozprašováním vody, nebo se zahřívají pomocným hořákem, takže vzniká kolísání teplot na povrchu stěn topeniště. To vede k poškozování povrchu stěn.

Byly prováděny pokusy účinného využití pevných spalitelných zbytků jejich přiváděním ve formě vodné nebo olejové kaše do radiační sekce, což je spalovací komora topeniště obvyklého typu na topné médium, podle třetího provedení, a jejich spálením. Nespálené zbytky a odpadní katalyzátor sedimentují v nístěji topeniště a současně ulpívají jako prach v sekci tepelné rekuperace, vytvořené v horní části radiační sekce, což je topná trubka konvekční sekce. Ulpívající prach proto během krátké doby zhorší vlastnosti přenosu tepla prouděním v konvekční sekci a v průběhu času musí být snížena rychlost proudění odpadních plynů vlivem zvětšení poklesu tlaku, způsobeného zanesením konvekční trubice. Proto se musí provoz topeniště s topným médiem pravidelně přerušovat a topeniště se musí čistit. Zejména u tohoto typu topeniště se nemůže použít sekundární spalovací komory kvůli její konstrukci a dále, jelikož topná trubka je uspořádána v boční stěně radiační sekce, což je spalovací komora, teplota uvnitř topeniště se směrem k této části snižuje a zbytky mají tendenci zůstat nespálené.

Naopak u spalovací pece podle druhého provedení, když se namísto vody jako nosného a rozprašovacího média pro zbytky použije oleje, jako je těžký olej, tak se vzniklé teplo přičítá k teplu, vzniklému ze spalování spalitelných zbytků a teplota uvnitř spalovací pece mimořádně vzroste. To způsobí poškození žáruvzdorného materiálu stěny pece a pec se stane neúčinnou.

Podstata vynálezu

Prvním cílem vynálezu je vytvoření způsobu a zařízení ke spalováni pevných spalitelných zbytků z chemických provozů, kde by se nevyskytovaly problémy běžných způsobů a zařízení ke spalování. Dalším cílem tohoto vynálezu je vytvoření způsobu spalování a spalovací pece ke spalování pevných spalitelných zbytků z chemických provozů, zejména z provozů na výrobu kyseliny tereftalové, za současného využití spalovacího tepla k ohřívání topného média, používaného k ohřevu provozní tekutiny pro stroje nebo zařízení těchto provozů.

Uvedených cílů se dosáhne jednak způsobem spalování pevných spalitelných zbytků z chemických provozů ve spalovacím zařízení, sestávajícím alespoň ze dvou vzájemně spojených spalovacích komor a hořáků, umístěných v hlavní spalovací komoře, podle vynálezu, jehož podstatou je, že kal z pevných spalitelných zbytků se smíchá s olejem, kde množství oleje tvoří alespoň 50% hmotnostních celkového množství pevných spalitelných zbytků, a tato směs se přivádí k hořákům v hlavní spalovací komoře, kde se směs spaluje a vzniklé spaliny se vedou do sekundární spalovací komory, kde se udržují při teplotě od 800 do 1 000 °C, po dobu alespoň 0,5 sec. V příkladu výhodného provedení se spaliny udržují v sekundární spalovací komoře při teplotě od 850 do 950 °C a po dobu od 0,5 do 1 sec., a množství oleje je alespoň 50% hmotnostních celkového množství pevných spalitelných zbytků. V dalším příkladu výhodného provedení se vedou spaliny ze sekundární

-2CZ 279736 B6 spalovací komory do terciární spalovací komory, kde se udržují po dobu alespoň 0,5 sec.

Uvedených cílů se dosáhne dále spalovacím zařízením k provádění způsobu spalování, obsahujícím hlavní spalovací komoru s hořáky v její horní části, spojenou se sekundární spalovací komorou, podle vynálezu, jehož podstatou je, že v hlavní spalovací komoře je vertikálně podél bočních stěn uspořádáno první topné potrubí a v její dolní části je umístěna sekundární spalovací komora, v jejíž spodní části je uspořádáno první odváděči potrubí na odvod spalin, a pod níž je na dně spalovacího zařízení uspořádána ukládací nádrž na nespálené zbytky. V příkladu výhodného provedení je k prvnímu odváděcímu potrubí na odvod spalin připojena svou spodní částí terciární spalovací komora, která je dále spojena s druhým odváděcím potrubím na odvod spalin. V dalším příkladu výhodného provedení je terciární spalovací komora uspořádána vertikálně a je spojena s druhým odváděcím potrubím na odvod spalin svou horní, zúženou částí. V ještě dalším příkladu výhodného provedení je v terciární spalovací komoře uspořádáno druhé topné potrubí nebo boiler na odpadní teplo. V ještě dalším příkladu výhodného provedení jsou první topné potrubí v hlavni spalovací komoře a druhé topné potrubí v terciární spalovací komoře propojena přechodovým potrubím.

Způsobem a zařízením ke spalování pevných spalitelných zbytků a jejich použitím jako paliva podle vynálezu lze teplo, uvolněné spálením těchto zbytků, účelně využít a tak ušetřit celkové množství paliva v provozu. Žáruvzdorný materiál povrchu stěn topeniště není lokálně přehříván jako v běžných spalovnách. Způsobem a zařízením podle vynálezu lze zabránit poškozování žáruvzdorných stěn, způsobenému rychlým ochlazováním a zahříváním jejich povrchu. Rychlost spalování kalu z pevných spalitelných zbytků, který ve směsi s olejem tvoří olejovou kaši, je rychlejší, než spalováni vodné kaše a během kratší doby lze dosáhnout úplného spálení zbytků. Vzhledem k poměru množství oleje v kaši se mohou spalitelné zbytky skoro spálit plamenem hořáků a nespálený popel jen těžko ulpívá na topném potrubí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obr. 1 je v bokorysu zobrazeno jedno provedení konstrukce zařízení podle vynálezu, kde je pevných spalitelných zbytků použito jako paliva, a dále na obr. 2 je rovněž v bokorysu zobrazeno provedení zařízeni podle obr. 1, se znázorněním průtoku tepla.

Příklady provedení vynálezu

Spalovací zařízení, znázorněné na obr. 1, obsahuje hlavní spalovací komoru 1, v jejíž horní části 10 jsou umístěny hořáky 13, spojené s přívodním potrubím 14, a dále obsahuje sekundární spalovací komoru 2 ve tvaru kužele nebo jehlanu, umístěnou v její dolní části. Ve spodní části sekundární spalovací komory 2 je uspořádáno první odváděči potrubí 5 na odvod spalin a pod sekundární spalovací komoru 2 je na dně spalovacího zařízení uspořádána ukládací nádrž 3 na nespálené zbytky jako je odpadní katalyzátor a popel. Pod ukládací nádrží 2 na nespálené zbytky je uspořádán odpadní otvor 4. V hlavní spalovací komoře 1 je vertikálně

-3CZ 279736 B6 podél bočních stěn 11 uspořádáno první topné potrubí 15, spojené s výstupním potrubím 19. V jednom příkladu výhodného provedení je k prvnímu odváděcímu potrubí 5 na odvod spalin připojena svou spodní částí terciární spalovací komora 6, která je dále spojena s druhým odváděcím potrubím 7 na odvod spalin. V dalším příkladu výhodného provedení je terciární spalovací komora 6 uspořádána vertikálně a je spojena s druhým odváděcím potrubím 7 na odvod spalin svou horní, zúženou částí. V ještě dalším příkladu výhodného provedení je v terciární spalovací komoře 6 uspořádáno druhé topné potrubí 16, nebo předehřívač topného média nebo boiler na odpadní teplo. K druhému topnému potrubí 16 je připojeno vstupní potrubí 17 pro přívod topného média. V ještě dalším příkladu výhodného provedení jsou první topné potrubí 15 v hlavní spalovací komoře 1 a druhé topné potrubí 16 v terciární spalovací komoře 6 propojena přechodovým potrubím 18. Na konci druhého odváděcího potrubí 7 je umístěn ventilátor 8., spojený s komínem 9. Na spodní části terciární spalovací komory 6 je rovněž umístěna ukládací nádrž 3 na nespálené zbytky s odpadním otvorem 4,.

Kal z pevných spalitelných zbytků se smíchá s olejem, kde směs kalu s olejem tvoří olejovou kaši, přičemž množství oleje tvoří alespoň 50% hmotnostních celkového množství pevných spalitelných zbytků a tato olejová kaše se přivádí přívodním potrubím 14 k hořáku 13 do hlavní spalovací komory 1, kde se spaluje. Radiačním teplem, vzniklým při spalování, se zahřívá topné médium v prvním topném potrubí 15,. První topné potrubí 15 je vedeno vertikálně k ochraně boční stěny 11 a řízení teploty v hlavní spalovací komoře 1. a teploty spalin, vedených do sekundární spalovací komory 2. Protože první topné potrubí 15 je vedeno vertikálně, padají popel a další přilnavé látky samovolně dolů. Kuželový nebo jehlanový tvar sekundární spalovací komory 2 usnadňuje spad zbytků, jako je popel, do ukládací nádrže 3, na nespálené zbytky. Příklady olejů, kterých lze použít ke tvorbě kaše s pevnými spalitelnými zbytky, obsahují lehký olej, těžký olej a krakované oleje, vzniklé jako vedlejší produkty v petrochemických závodech. Obzvláště výhodný je těžký olej C. Pro úplné spálení zbytků a zabránění ucpávání hořáku 13 je žádoucí, aby pevné zbytky, které budou rozptýleny v oleji, byly jemně umlety na velikost zrna 2 000 μιη, ve výhodném provedení na velikost zrna 4 24 až 250 μιη. Poměr oleje, který má být smísen, k pevným spalitelným zbytkům je alespoň 50% hmotnostních a ve výhodném provedení 100% hmotnostních celkového množství jemné umletých pevných spalitelných zbytků. Vzniklé spaliny se vedou do sekundární spalovací komory 2. Řízením teploty nebo průtoku média v prvním topném potrubí 15 a přívodu olejové kaše do hořáku 13 se teplota v hlavní spalovací komoře 1, na obr. 2 označené jako A, nastaví tak, aby spaliny v sekundární spalovací komoře 2, označené na obr. 2 jako B, se udržovaly při teplotě od 800 do 1 000 °C, po dobu alespoň 0,5 sec. V příkladu výhodného provedení se spaliny udržuji v sekundární spalovací komoře při teplotě od 850 do 950 °C a po dobu od 0,5 do 1 sec. Přivádění plynných spalin, vzniklých spalováním olejové kaše v hlavní spalovací komoře 1, do sekundární spalovací komory 2, t.j. průtok spalin, označený na obr. 2 šipkami, lze snadno provést například jejich odsáváním pomocí ventilátoru 8., přičemž odsávaný odpadní plyn lze odstranit komínem 9. Je-li žádoucí a výhodné, aby došlo k úplnému spálení zbytků, které mohou zůstávat nespálené ve spalinách ve druhém odváděcím potrubí 7 na odvod spalin, může být mezi první odváděči

-4CZ 279736 B6 svou vlastní tíží, terciární spalovací odvod spalin. Prach nespálené zbytky, se Ze vstupního potrubí usazovaly samovolně tah, vzniklý mezi a druhým odváděcím potrubím 7 na potrubí 5 na odvod spalin, označené na obr. 2 jako C, a mezi ventilátor 8 zařazena terciární spalovací komora 6, takže spaliny z terciární spalovací komory 6 se mohou odvádět druhým odváděcím potrubím 7 na odvod spalin. Spaliny ze sekundární spalovací komory 2. se vedou do terciární spalovací komory 6, označené na obr. 2 jako D, kde se udržují po dobu alespoň 0,5 sec. a ve výhodném provedení 0,5 až 1,0 sec. Spaliny se v terciární spalovací komoře 6 úplně spálí a rozptýlený popel se zachytí. Vertikální uspořádání terciární spalovací komory 6 a její spojení s druhým odváděcím potrubím 7 na odvod spalin svou horní zúženou částí umožňuje, aby se prach nebo popel Výsledkem je vertikální komorou 6 nebo popel, uložený v ukládací nádrží 3. na periodicky odstraňují odpadním otvorem 4.

pro přívod topného média se přivádí topné médium do druhého topného potrubí 16 nebo předehřívače topného média nebo boileru, využívajícího odpadního tepla. Topné médium může být převedeno přechodovým potrubím 18 z terciární spalovací komory 6. do hlavní spalovací komory 1. Topné médium, ohřáté teplem ze spalování olejové kase pevných spalitelných zbytků, se může odvádět ze spalovacího zařízení výstupním potrubím 19 ke strojům nebo zařízení„ uvedeného provozu a může se ho použít k udržování teploty u těchto strojů nebo zařízení, nebo k ohřevu vody v kotli nebo k ohřevu dalšího topného média. Doba setrvání spalin ve druhém odváděcím potrubí 7 na odvod spalin není omezena a závisí na jeho délce a průměru a na teplotě spalin. Spaliny, ochlazené výměnou tepla s topným médiem ve druhém topném potrubí 16 v terciární spalovací komoře 6, se odsávají ventilátorem 8 přes druhé odváděči potrubí 7 na odvod spalin do komína 9.

Množství prachu ve spalinách, které jsou odstraňovány komínem 9 v tomto provedení podle vynálezu, lze snížit na 100 až 150 mg/Nm³ (vypouštěného plynu). Za účelem regulování znečisťování prostředí není třeba používat dodatečných zařízení k odstraňování prachu, jako jsou elektrostatické odlučovače.

Způsobem a zařízením ke spalování pevných spalitelných zbytků a jejich použitím jako paliva podle vynálezu lze teplo, uvolněné spálením těchto zbytků, účelně využít a tak ušetřit celkové množství paliva v provozu. Například v provozu na výrobu kyseliny tereftalové lze ušetřit asi 12 % těžkého oleje. Mimo to zde není třeba palivo pro samostatnou spalovnu. Žáruvzdorný materiál povrchu stěn topeniště není dále lokálně přehříván jako v běžných spalovnách. Způsobem a zařízením podle vynálezu lze rovněž zabránit poškozování žáruvzdorných stěn, způsobené rychlým ochlazováním a zahříváním jejich povrchu při použití běžných postupů rozstřikování vodné kaše pevných spalitelných zbytků, a to zavedením topného potrubí 15, 16., uzpůsobeného k vytápění topným médiem. Rychlost spalování kalu z pevných spalitelných zbytků, který ve směsi s olejem tvoří olejovou kaši, je rychlejší než spalování vodné kaše a během kratší doby lze dosáhnout úplného spálení zbytků. Nastavením poměru množství oleje v kaši, alespoň na 50 % hmotnostních a ve výhodném provedení na 100 % hmotnostních pevných spalitelných zbytků, se mohou spalitelné zbytky skoro spálit plamenem hořáku a nespálený popel jen nesnadno ulpívá na topném potrubí 15 , 16. Nespálený zbytek je dále udržován při teplotě

-5CZ 279736 B6

800 °C až 1 000 °C a může být úplně spálen v sekundární, popřípadě v terciární spalovací komoře 2, 6, kde se udržuje po dobu alespoň 0,5 sec. Popel a další zbytky se mohou odstranit odpadním otvorem 4 z ukládací nádrže 3 na nespálené zbytky, umístěné na dně sekundární i terciární spalovací komory 2, 6 bez přerušení provozu tohoto zařízení. Podle tohoto vynálezu se může spalovací pec s topným médiem a spalovna pevných zbytků podle dosavadního stavu techniky spojit do společné integrované jednotky. Pracovní postup se zjednoduší a mohou se oddělit investiční a provozní náklady.

Příklad

Do zařízení s hlavní spalovací komorou 1 o objemu 195 m³, o sekundární spalovací komorou 2 o objemu 25 m a terciární spaloo vací komorou 6 o objemu 19,4 m , se přivádí přívodním potrubím 14, dle obr. 2, kaše 1 700 kg/h, obsahující 20,6% hmotnostních kyseliny tereftalové a dalších organických látek, 8,8% hmotnostních vody a 70,6% hmotnostních těžkého oleje C rychlostí 0,41 m/s při teplotě 100 °C a tlaku 59,8 kPa. Současně se k hořákům 13 přivádí 18379 Nm³/h spalovacího vzduchu a 600 kg/h atomizované páry. V sekundární spalovací komoře 2 se provádí spalování stabilně při teplotě 900 °C a tlaku 19,6 Pa s dobou prodlevy 1,0 sec. Terciární spalovací komora 6 pracuje s dobou prodlevy 0,83 sec. Výsledkem tohoto stabilního spalování je výměna

15,8 MW tepla při použití asi 610 t/h topného média.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob spalování pevných spalitelných zbytků z chemických provozů ve spalovacím zařízení, sestávajícím alespoň ze dvou vzájemně spojených spalovacích komor a hořáků, umístěných v hlavní spalovací komoře, vyznačující se tím, že kal z pevných spalitelných zbytků se smíchá s olejem, kde množství oleje tvoří alespoň 50 % hmotnostních celkového množství pevných spalitelných zbytků a tato směs se přivádí k hořákům (13) v hlavní spalovací komoře (1), kde se směs spaluje a vzniklé spaliny se vedou do sekundární spalovací komory (2), kde se udržují při teplotě od 800 do 1 000 °C, po dobu alespoň 0,5 sec.
2. Způsob spalování podle nároku 1, vyznačující se tím, že spaliny se v sekundární spalovací komoře (2) udržují při teplotě od 850 do 950 °C.
3. Způsob spalování podle nároku 1, vyznačující se tím, že spaliny se udržují v sekundární spalovací komoře (2) po dobu od 0,5 do 1 sec.
4. Způsob spalování podle nároku 1, vyznačující se tím, že množství oleje je alespoň 50 % hmotnostních celkového množství pevných spalitelných zbytků.

-6CZ 279736 B6
5. Způsob spalování podle nároku 1, vyznačující se tím, že spaliny ze sekundární spalovací komory (2) se vedou do terciární spalovací komory (6), kde se udržují po dobu alespoň 0,5 sec.
6. Spalovací zařízení k provádění způsobu spalování podle nároků 1 až 5, obsahující hlavní spalovací komoru s hořáky v její horní části, spojenou se sekundární spalovací komorou, vyznačující se tím, že v hlavní spalovací komoře (1) je vertikálně podél bočních stěn (11) uspořádáno první topné potrubí (15) a v její dolní části (1) je umístěna sekundární spalovací komora (2), v jejíž spodní části je uspořádáno první odváděči potrubí (5) na odvod spalin, a pod níž je na dně spalovacího zařízení uspořádána ukládací nádrž (3) na nespálené zbytky.
7. Spalovací zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že k prvnímu odváděcímu potrubí (5) na odvod spalin je připojena svou spodní částí terciární spalovací komora (6), která je dále spojena s druhým odváděčím potrubím (7) na odvod spalin.
8. Spalovací zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že terciární spalovací komora (6) je uspořádána vertikálně a je spojena s druhým odváděcím potrubím (7) na odvod spalin svou horní, zúženou částí.
9. Spalovací zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že v terciární spalovací komoře (6) je uspořádáno druhé topné potrubí (16) nebo boiler na odpadní teplo.
10.Spalovací zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že první topné potrubí (15) v hlavní spalovací komoře (1) a druhé topné potrubí (16) v terciární spalovací komoře (6) jsou propojena přechodovým potrubím (18).