CZ280098B6 - Zařízení k tepelnému rozkladu škodlivin, obzvláště dioxinů a furanů - Google Patents

Abstract

Zařízení k tepelnému rozkladu fluidních škodlivin, obzvláště dioxinů a furanů, v převážně válcovité spalovací komoře (1), ve které je uspořádán alespoň jeden vstupní otvor (3) pro přívod plynu obsahujícího škodliviny, zejména spaliny a alespoň jeden hořák (4), přičemž vstupní otvor (3) a/nebo hořák (4) je uspořádán šikmo vůči příslušné tangenciální rovině stěny (8) spalovacího prostoru k vytvoření šroubovitého proudění, přičemž k dosažení delší prodlevy plynů ve spalovací komoře (1) nad hořáky (4) je uspořádáno zachycovací zařízení (20), vykazující trysky (10), směřující směrem dolů k přivádění sekundárního vzduchu.ŕ

Description

Vynález se týká zařízení k tepelnému rozkladu fluidních škodlivin, zejména dioxinů a furanů, které je tvořeno válcovou spalovací komorou, na ní navazující dodatečnou spalovací komorou, alespoň jedním do spalovací komory nasměrovaným hořákem, zachycovacím zařízením a tryskami přídavného vzduchu. Zachycovací zařízení je vytvořeno jako prstenec se středovým průchozím otvorem o menším průměru něž je průměr spalovací komory. Kolem středového průchozího otvoru jsou uspořádána vybrání a ve spalovací komoře je uspořádán nejméně jeden vstupní otvor plynu obsahujícího škodliviny, zejména spaliny.

Dosavadní stav techniky

Některé skupiny organických škodlivin s nejvyšší toxicitou, jakými jsou například dioxiny a furany, mohou být zneškodněny tím, že se tyto sloučeniny rozloží při vysokých teplotách na méně problematické látky. Jsou známa spalovací zařízení, například z DE-OS 2 357 804, která pomocí hořáků, spalujících zemní plyn nebo podobné plyny, škodliviny tepelně rozkládají. K zajištěni dostatečné prodlevy škodlivin v oblasti s vysokou teplotou jsou nutné spalovací prostory s velkým objemem. To vede k nákladným a drahým konstrukcím pecí, ve kterých se kromě toho jednoduchým způsobem obtížně dosahuje promísení plynů ve spalovací komoře. Jsou-li zvoleny menší spalovací prostory, je prodleva škodlivin v oblasti s vysokou teplotou příliš krátká, aby mohlo dojít k uspokojivému průběhu rozkladných reakcí v jednotce.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je zabránit jmenovaným nedostatkům a vytvořit zařízení k tepelnému rozkladu škodlivin, které při kompaktních rozměrech zajistí pokud možno nejdelší prodlevu škodlivin, a tím také vysokou účinnost rozkladných reakcí.

Toho je dosaženo zařízením k tepelnému rozkladu fluidních škodlivin, zejména dioxinů a furanů, které je tvořeno válcovou spalovací komorou, na ní navazující dodatečnou spalovací komorou, alespoň jedním do spalovací komory nasměrovaným hořákem, zachycovacím zařízením a tryskami přídavného vzduchu, přičemž zachycovací zařízení je vytvořeno jako prstenec se středovým průchozím otvorem o menším průměru než je průměr spalovací komory, kolem středového průchozího otvoru jsou uspořádána vybráni a ve spalovací komoře je uspořádán nejméně jeden vstupní otvor plynu obsahujícího škodliviny, zejména spaliny. Podle vynálezu je hořák uspořádán nad vstupním otvorem plynu obsahujícího škodliviny, prstenec zachycovacího zařízení je uspořádán nad hořákem a pod dodatečnou spalovací komorou, a jsou v něm uspořádány trysky přídavného sekundárního vzduchu, které jsou nasměrovány šikmo dolů.

Tímto základním uspořádáním zachycovacího zařízeni se dosáhne toho, že se spaliny zdrží déle ve spalovacím prostoru. Dále se

-1CZ 280098 B6 přívodem sekundárního vzduchu dosahuje vyššího přebytku vzduchu, takže se dosáhne úplného spálení všech hořlavých částic, a tím co nejnižšího obsahu uhlovodíků a oxidu uhelnatého v emisích.

Podle výhodného provedení vynálezu alespoň jeden hořák směřuje do spalovací komory šikmo, což je výhodné pro dosažení šroubovitého pohybu spalin.

Podle jiného výhodného provedení vstupní otvor směřuje do spalovací komory také šikmo.

Šroubovitým pohybem, vytvořený těmito uspořádáními, mají těžké částice sklon zachycovat se v oblasti stěn spalovacího prostoru, přičemž lehčí částice obohacují prostor ve svislé ose spalovacího prostoru. Vybrání, uspořádaná kolem středového průchozího otvoru, a tím v oblasti stěny spalovacího prostoru, tedy bráni nežádoucímu selektivnímu odtahování lehkých složek. Toto šroubovité prouděni zajistí dobré promísení plynů ve spalovacím prostoru, které je nutné k zajištění optimální účinnosti jednotky.

Další přednostní provedení zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že trysky přídavného sekundárního vzduchu jsou uspořádány šikmo, jak směrem dovnitř, tak směrem ven, a sice tangenciálně směrem ven, přičemž tyto trysky směřují v podstatě do směru šroubovitého proudění.

Jiné přednostní provedeni zařízení spočívá v tom, že trysky přídavného sekundárního vzduchu jsou vůči vodorovné rovině skloněny směrem dolů o úhel 15°. Trysky sekundárního vzduchu, směřující směrem ven, uspořádané v podstatě tangenciálně k prstencové lamele, zpomalují proudění vybráními. Trysky sekundárního vzduchu, směřující šikmo směrem dolů, zpomalují pronikání plynu středovým průchozím otvorem. Všechny trysky sekundárního vzduchu jsou, stejně jako hořáky, orientovány stejné vůči ose spalovacího prostoru ve smyslu hodinových ručiček nebo proti smyslu hodinových ručiček. Tím se dodatečně zesiluje vířivé proudění ve spalovacím prostoru, které podporuje promísení a dobré spalováni.

Tím se dosáhne optimální prodlevy spalin ve spalovací komoře a dobrého promísení plynů.

Dále je možno podle jiného výhodného provedení vynálezu upravit zařízení tak, že je zachycovací zařízeni tvořeno lamelami, které jsou vytvořeny jako prstence.

Dále mohou mít lamely mezi středovým průchozím otvorem a vybráními lichoběžníkový průřez, přičemž boční plochy se mohou sbíhat směrem dolů. Při tomto provedení jsou nejpříznivější podmínky pro vestavení trysek sekundárního vzduchu, protože u tohoto uspořádání nevychází výstupní úhel trysek stěnami lamel příliš plochý.

Podle dalšího výhodného provedení jsou uvnitř lamel mezi středovým průchozím otvorem a vybráními vytvořeny rozváděči kanály přídavného sekundárního vzduchu, které jsou spojeny s přivádécími kanály v opěrných můstcích mezi jednotlivými vybráními. Tím

-2CZ 280098 B6 je umožněno rozdělit trysky sekundárního vzduchu po celém obvodu prstencovité lamely.

Další výhodné provedení zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že v horní části dodatečné spalovací komory je uspořádána alespoň jedna tryska přídavného terciálního vzduchu. Tak je možno dosáhnout dalšího příznivého ovlivnění parametru spalin, protože se spaliny před vstupem do komína ochladí a ještě se zvýší přebytek vzduchu.

Jiné přednostní provedení zařízení spočívá v tom, že zachycovací zařízení tvoří 20 až 50 % příčného průřezu spalovací komory a ještě výhodněji jen 30 až 35 % příčného průřezu spalovací komory. To znamená, že při pozorování shora kryjí vložky a opěrné můstky procento příčného průřezu spalovací komory v uvedeném rozsahu. Zbylý průřez proudění se rozděluje na středový průchozí otvor a boční vybrání. Protože se při konstrukci zachycovacího zařízení musí respektovat požadavek na dosažení dlouhé prodlevy škodlivin ve spalovací komoře, musí zachycovací zařízení představovat pokud možno velkou překážku proudění. Na druhé straně je zde však požadavek malé ztráty tlaku ve spalovacím prostoru, aby bylo možno vystačit s přirozeným tahem nebo alespoň s malým ventilátorem. Shora uvedenými hodnotami je právě dosaženo vhodného kompromisu mezi oběma požadavky.

Podle dalšího výhodného provedení zařízení podle vynálezu jsou spalovací komora a dodatečná spalovací komora vytvořeny z prstencovitých segmentů, které jsou vytvořeny jako moduly, přičemž vnější část zachycovacího zařízeni je vytvořena jako pecní prstencový segment.

Konstrukce takového zařízení se tím podstatně zjednoduší. Obzvláště lze použitím prefabrikovaných modulů podstatně zkrátit dobu stavby na staveništi. Další přednostní takové konstrukce je, že stejnou sadou modulů lze dosáhnout mnoho různých velikostí spalovacího prostoru, přičemž vždy jedna z nich je ideálně nejvýhodnější pro dané použití.

Je-li zachycovací zařízení vytvořeno ve formě segmentů, je vyměnitelné s ostatními segmenty a je nožné také dodatečné vybavení existujících zařízení s modulovým uspořádáním, jestliže se zachycovací zařízení se segmentem vymění, a nebo se prostě mezi dva segmenty vloží.

Další zlepšení zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že jednotlivé segmenty jsou vytvořeny jako několikavrstevné, přičemž uvnitř je žáruvzdorná vrstva žáruvzdorných cihel a vně alespoň jedna izolační vrstva z izolačních cihel. Vícevrstvou konstrukcí lze použít ve všech oblastech stěny spalovacího prostoru optimálních materiálů.

Konečně poslední výhodné provedení zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že segmenty jsou obaleny izolací ze skleněné vaty a ocelovým pláštěm. Tím muže celkový plášť zachycovat tepelné deformace cihel, a tím vznikající napětí, takže tlaková pnutí, jimiž potom na sebe cihly působí, přispějí k utěsněni spalovacího prostoru. Ocelový plášť představuje další utěsnění, takže výsled-3CZ 280098 B6 kem je podtlakový provoz zařízení. Tím může odpadnout drahý kouřový ventilátor.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení podle vynálezu bude blíže vysvětleno za pomoci připojených výkresů, kde na obr. 1 je řez zařízením podle nárysu, na obr. 2 je řez podle roviny II-II z obr. 1, na obr. 3 je detail prstencovité lamely zachycovacího zařízení a na obr. 4 je další detail lamely zachycovacího zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení podle vynálezu sestává z převážně válcovité spalovací komory 1 se segmenty 2 obklopenými žáruvzdornou vyzdívkou. Jednotlivé segmenty 2 jsou v podstatě kruhové. Sestávají z vrstvy žáruvzdorných cihel 17, z vnitřní izolační vrstvy 18 a vnější vrstvy 19. Na vnější straně mohou být segmenty 2 dodatečně obaleny známým způsobem izolaci ze skleněné vaty a ocelovým pláštěm, což není znázorněno. K zajištěni těsnosti jsou těsnicí plochy 21, jimiž na sobě spočívají jednotlivé segmenty 2, opatřeny jedním nebo několika prstencovými zámky 22. U všech segmentů 2, a pokud možno i u různých peci stejného průměru, jsou těsnicí plochy 21, stejné, takže jednotlivé segmenty 2 jsou výměnné a lze je libovolné kombinovat.

Vodorovná osa 3a vstupního otvoru 3. nemusí směřovat do svislé osy la spalovací komory χ. Při šikmém uspořádání se vytváří ve spalovací komoře 1 vlivem proudícího plynu šroubovitý pohyb.

Ke spalování dochází schematicky znázorněnými hořáky 4, které mohou být obvyklého druhu a jejichž osy 4a směřují mírně vzhůru. Hořáky 4 jsou uspořádány nad vstupním otvorem 3, aby bylo zajištěno, že veškerý plyn, který vstoupí vstupním otvorem 3. do spalovací komory 1, musí projít plameny 4b hořáků 4. Na obvodu spalovací komory χ jsou rovnoměrně rozmístěny tři hořáky 4 a jejich šikmé osy 4a nesměřují do svislé osy la spalovacího prostoru. Šroubový pohyb, vzniklý prouděním plynu do spalovacího prostoru, se tímto šikmým uspořádáním hořáků 4 ještě zesílí.

Zachycovací zařízení 20 je uspořádáno nad hořáky 4 a odděluje spalovací komoru χ od dodatečné spalovací komory 15. Zachycovací zařízeni 20 je v podstatě prstenec, uspořádaný v upraveném segmentu 5. Vnitřní část zachycovacího zařízení 20 sestává z lamel 6, které dohromady vytvářejí prstenec a ponechávají tak uprostřed spalovací komory χ středový průchozí otvor 7 a spolu se stěnou 8. spalovacího prostoru vymezují vybrání 9. V lamelách 6 jsou vnitřní trysky 10a sekundárního vzduchu, které směřují dovnitř, a vnější trysky 10b přídavného sekundárního vzduchu, které směřuji ven. Tyto trysky 10a, 10b přídavného sekundárního vzduchu jsou vzhledem k vodorovné rovině skloněny šikmo směrem dolů pod úhlem a = 15°. kromě toho nejsou orientovány do svislé °sy la spalovacího prostoru, ale šikmo v odpovídajícím směru šroubovitého proudění ve spalovací komoře χ. Tím je zabráněno příliš rychlému odtahování plynů ze spalovací komory χ, protože tryskami 10a, 10b je vytvářen proudícím sekundárním vzduchem vzduchový vir, který směřuje směrem dolů jak v oblasti středového průchozího otvoru 2, tak také v oblasti vybrání 9.·

-4CZ 280098 B6

Sekundární vzduch je přiváděn k tryskám 10a, 10b rozváděcími kanály 11 v lamelách 6. Do těchto rozváděčích kanálů 11 je potom přiváděn vzduch přiváděcími kanály 12 v opěrných můstcích 13, které jsou uspořádány mezi jednotlivými vybráními 9.

Lamely 6 mají lichoběžníkový průřez, přičemž vnitřní boční plocha 14a a vnější boční plocha 14b se sbíhají směrem dolu. Nad zachycovacím zařízením 20 je uspořádána dodatečná spalovací komora 15, ve které může dojít k dalšímu úplnému spálení. Ke zvýšení přebytku vzduchu a k ochlazení spalin jsou uspořádány trysky 16. terciálního vzduchu. Tyto trysky 16 směřují mírně směrem dolů, aby také v dodatečné spalovací komoře 15 byla zajištěna pokud možno dlouhá prodleva plynů. Dále se ve stěně dodatečné spalovací komory 15 vyskytuje průlez 23.. Sopouchem 24 je zařízení připojeno k neznázorněného komínu. Může být také uspořádán odtahový ventilátor, všeobecně však není nutný.

Vstupním otvorem 2 vstupuje plyn obsahující škodlivé látky do spalovací komory 1. Mohou to být například spaliny ze spalovny, například ze spalovny odpadků. Protože tato zařízení pracují všeobecně s přebytkem vzduchu, obsahují spaliny kyslík. Kdyby tomu tak nebylo, mohou být spaliny míchány se vzduchem z okolí.

Plyn, například spaliny, z předřazeného spalovacího zařízení nebo ze spalovny, obsahující přebytek vzduchu proudí vstupním otvorem χ do spalovací komory χ a slouží jako primární vzduch k pohonu hořáku 4 nebo hořáku 4. První fáze spalování přitom probíhá stechiometricky nebo těsné podstechiometricky. Přitom vznikají vysoké teploty 800 až 1 400 C, které usnadňují rozklad složitých organických molekul, jakými jsou například dioxiny nebo furany. V této spalovacího komoře χ proudí plyn šroubovitým pohybem nahoru a prochází plameny 4b hořáků

Zachycovací zařízení 20 a sekundární vzduch, který z něho proudí, brzdí pohyb směrem vzhůru. Po dostatečné prodlevě ve spalovací komoře χ proudí plyn středovým průchozím otvorem Ί_ a vybráními 9. V dodatečné spalovací komoře 15 může dojít k dokončení chemického rozkladu škodlivin. Plyny opouštějí dodatečnou spalovací komoru 15 sopouchem 24.

Sekundární vzduch může být nosičem další škodliviny, která muže být bud kapalná, nebo ve tvaru pevných částic. Rozsah použitelnosti zařízení podle vynálezu se touto další možností k vnášení škodlivin podstatné rozšíří. Zejména k vnášení médií, v nichž jsou škodliviny s vyšší koncentrací než je tomu například u spalin, je tato varianta výhodná. Sekundárním vzduchem může být do spalovací komory X vnášen popel, který při pronikání spalovacím prostorem přechází do sklovitého stavu a který může být ve spodní části spalovací komory χ odváděn v podobě inertního média. Takto zpracovaný a do sklovité podoby převedený popel je možno bez problémů ukládat na skládkách, protože neobsahuje žádné vodou rozpustné látky. Tak je možno se zbavovat vedle spalin také popele ze spaloven.

Při všech přípustných provozních parametrech, tedy také při částečném zatížení, přináší takovéto zařízení téměř dokonalé zničení vnesených škodlivin. Toho se dosahuje poměrně jednoduše a v cenově výhodném zařízeni.

Claims (14)

1. Zařízení k tepelnému rozkladu fluidních škodlivin, zejména dioxinů a furanů, které je tvořeno válcovou spalovací komorou, na ní navazující dodatečnou spalovací komorou, alespoň jedním do spalovací komory nasměrovaným hořákem, zachycovacím zařízením a tryskami přídavného vzduchu, přičemž zachycovací zařízení je vytvořeno jako prstenec se středovým průchozím otvorem o menším průměru než je průměr spalovací komory, přičemž kolem středového průchozího otvoru jsou uspořádána vybrání a ve spalovací komoře je uspořádán nejméně jeden vstupní otvor plynu obsahujícího škodliviny, zejména spaliny, vyznačující se tím, že hořák (4) je uspořádán nad vstupním otvorem (3) plynu obsahujícího škodliviny, prstenec zachycovacího zařízení (20) je uspořádán nad hořákem (4) a pod dodatečnou spalovací komorou (15), a jsou v ném uspořádány trysky (10a,10b) přídavného sekundárního vzduchu, které jsou nasměrovány šikmo dolů.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jeden hořák (4) směřuje do spalovací komory (1) šikmo.

3. Zařízení podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vstupní otvor (3) směřuje do spalovací komory (1) šikmo.

4. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že trysky (10a,10b) přídavného sekundárního vzduchu jsou uspořádány šikmo, jak směrem dovnitř, tak směrem ven.

5. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že trysky (10a,10b) přídavného sekundárního vzduchu jsou vůči vodorovné rovině skloněny směrem dolů o úhel 15° .

6. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zachycovací zařízení (20) je tvořeno lamelami (6), které jsou vytvořeny jako části kruhového prstence.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že lamely (6) mezi středovým průchozím otvorem (7) a vybráními (9) mají lichoběžníkový průřez, přičemž boční plochy (14a,14b) se sbíhají směrem dolů.

8. Zařízení podle jednoho u nároků 6 nebo 7, vyznačující se tím, že uvnitř lamel (6) jsou mezi středovým průchozím otvorem (7) a vybráními (9) vytvořeny rozváděči kanály (11) přídavného sekundárního vzduchu, které jsou spojeny s přiváděcími kanály (12) v opěrných můstcích (13) umístěných mezi jednotlivými vybráními (9).

9. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že v horní části dodatečné spalovací komory (15) je uspořádána alespoň jedna tryska (16) přídavného terciárního vzduchu.

10. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že zachycovací zařízení (20) tvoří 20 až 50 % příčného průřezu spalovací komory (1).

11. Zařízení podle nároku 10,vyznačující se tím, že zachycovací zařízení (20) tvoří 30 až 35 % příčného průřezu spalovací komory (1).

12. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že spalovací komora (1) a dodatečná spalovací komora (15) jsou vytvořeny z prstencovitých segmentů (2), které jsou vytvořeny jako moduly, přičemž vnější část zachycovacího zařízení (20) je vytvořena jako pecní prstencový segment (2).

13. Zářízení podle nároku 12,vyznačující se tím, že jednotlivé segmenty (2) jsou vytvořeny jako několikavrstevné, přičemž uvnitř je žáruvzdorná vrstva (17) žáruvzdorných cihel a vně alespoň jedna izolační vrstva (18,19) z izolačních cihel.

14. Zařízení podle jednoho z nároků 12 a 13, vyznačující se tím, že segmenty (2) jsou obaleny izolací ze skleněné vaty a ocelovým pláštěm.