CZ307092B6 - Žíhací pec - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká žíhací pece pro žíhání sypkých hmot, zejména pro žíhání popílku samo výpalem, provedené ve tvaru dutého válce, který má uspořádán vstup žíhané sypké hmoty a výstup vyžíhané sypké hmoty.

Dosavadní stav techniky

Problematika spalování uhlí a využití energetických odpadů a surovin je v současné době velmi aktuální. Ke spalování tuhých fosilních paliv v řadě případů dochází za nevhodných podmínek, popřípadě jsou energetické závody limitovány jinými způsoby, které mají za následek produkci vedlejších energetických produktů různých parametrů. Jedná se zejména o škváru, strusku, popel, popílek apod.

V současnosti je celá řada vedlejších energetických produktů různými způsoby využívána, zejména ve stavebnictví, a to za předem daných podmínek. Například popílek zachycený v odlučovačích a filtrech je využíván jako pucolánová přísada do betonu, avšak musí splnit celou řadu kvalitativních a ekologických parametrů. Jedním z nich je například obsah spalitelných látek do 6 % hmotnostních, aby při jeho použití byla vyloučena případná karbonatace betonu, popřípadě snížení hodnoty jeho pH pod přípustnou mez.

Rada producentů produkuje popílek s vysokým obsahem nedopalu, někdy až 50 % hmotnostních. Snižují tak výrazným způsobem vlastní energetickou bilanci procesu. Velmi neefektivně využívají přírodní neobnovitelné zdroje a ztrácí možnost využití popílku jako suroviny, která se tak stává odpadem. Problémem je zejména skutečnost, že tyto odpady bez jakéhokoliv dalšího využití ve velkých množstvích končí na skládkách, odkalištích, haldách apod. To však vyžaduje budování plošně poměrně značně náročných a finančně nákladných úložišť, která zabírají další půdu, často i zemědělskou. Budování a provozování takových úložišť je nevýhodné rovněž z hlediska ekologického a krajinotvorby.

Jedním ze způsobu úpravy popílku k jeho dalšímu využití, především ve stavebnictví, je jeho žíhání ve speciální peci, provozované na principu samovýpalu. Taje schopna, za využití velmi nízkých dalších energetických zdrojů, snížit obsah nedopalu pod hranici 6 % hmotnostních, přičemž se výhodně využije energie, která je v žíhaném popílku obsažena.

V současnosti neexistuje žádné dostupné zařízení, které by umožňovalo efektivně pokrýt potřebu malých, středních, velkých ani dalších energetických zdrojů. Ve Spojených státech amerických vzniklo před 22 lety zařízení, které umožňuje žíhat popílek samovýpalem na principu kvazifluidního lože, viz. např. USA patent US 005 160 539. Celé zařízení je však navrženo pouze pro velká množství zpracovávané suroviny, které nelze na území Evropy a jiných kontinentech, ekonomicky využít. Další jeho nevýhodou je poměrně značná energetická náročnost jeho provozu, kdy po celou dobu žíhání je nutný přívod zdroje tepelné energie z plynových hořáků pro kontinuální zapalování žíhaného popílku.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje žíhací pec pro žíhání sypkých hmot, zejména pro žíhání popílku samovýpalem, provedená ve tvaru dutého válce, který má uspořádán vstup žíhané sypké hmoty a výstup vyžíhané sypké hmoty podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořena tělesem ve tvaru dutého válce, v němž je, ve směru podélné osy, otočně

- 1 CZ 307092 B6 uspořádán dutý hřídel, mající po svém obvodě uspořádány, ve směru podélné osy za sebou, alespoň jednu šnekovici a alespoň jeden pár lopatek, u jednoho konce dutého válce je proveden vstup popílku určeného k žíhání a na straně opačné výstup vyžíhaného popílku, alespoň u jednoho konce dutého hřídele je uspořádán vstup oxidačního média do dutiny dutého hřídele, dutý hřídel má provedeny radiální otvory, spojující dutinu dutého hřídele s žíhacím prostorem, přičemž buďto k vnějšímu povrchu dutého válce přiléhá alespoň jedno elektrické topné těleso, napojené na zdroj elektrické energie a/nebo je v žíhacím prostoru uspořádán alespoň jeden druhý zdroj tepelné energie, okolo dutého válce je, v radiálním směru v odstupu, proveden krycí plášť, opatřený tepelnou izolací, přičemž vzduchotěsně uzavřený prostor mezi dutým válcem a krycím pláštěm tvoří chladicí komoru, která je napojena alespoň najeden vstup a na alespoň jeden výstup chladicího vzduchu, dutý hřídel je otočně uložen v ložiskách, uspořádaných u jeho protilehlých konců a je napojen na pohonné ústrojí otáčení a žíhací pec je uspořádána na nosné konstrukci.

Žíhací pec podle tohoto nového vynálezu umožňuje zejména získat kvalitní popílek s hodnotou nedopalu pod 6 % hmotnostních, vhodný k použití ve stavebnictví, především jako pucolánová přísada do velmi kvalitních betonů, a to za poměrně nízkých nákladů, s nižší spotřebou potřebné provozní energie, především drahého zemního plynu, než je tomu u dosud známých zařízení. Takovým dalším vhodným využitím popílku se snižuje potřeba budování nových, poměrně nákladných, plošně rozlehlých úložišť nevyužitého, odpadního popílku. To je příznivé rovněž z hlediska ekologického a krajinotvorby.

Další výhodou je jednoduchost celého zařízení a poměrně nízká investiční náročnost

Uspořádání šnekovice uvnitř dutého válce, neslouží jen k promíchávání a k posunu žíhaného popílku, ale současně částečně utěsňuje žíhací prostor ve směru podélné osy dutého válce, respektive zvětšuje hydraulický odpor proudu oxidačního vzduchu v tomto směru a snižuje tím možnost úletu popílku z žíhacího prostoru.

Provedení lopatek do tvaru lopatkové šnekovice, přispívá k dokonalejšímu promíchávání žíhaného popílku a k udržování přibližně stejné žíhací teploty v celém žíhaném objemu, což se příznivě projeví na kvalitě vyžíhaného popílku. Současně se tím napomáhá k posunu žíhaného popílku uvnitř dutého válce směrem k výstupu vyžíhaného popílku.

Použití jako oxidačního média vzduchu, je vhodný, snadno dostupný a levný způsob. Vzduch přiváděný do žíhací pece může současně sloužit k chlazení vnitřních konstrukčních částí žíhací pece, především dutého hřídele, šnekovice a lopatek, kde teplota dosahuje 1000 až 1100 °C.

Použití druhého elektrického topného tělesa jako druhého zdroje tepelné energie, je vhodné zejména pro jeho jednoduchost, spolehlivost, snadnou a spolehlivou regulaci jeho tepelného výkonu a snadnou dostupnost na trhu, coby běžný průmyslový výrobek.

Použití horkých spalin z hořáku, přivedených do prostoru žíhání popílku, je osvědčený, spolehlivý a poměrně jednoduchý způsob zapalování žíhaného popílku a dosažení startovací teploty žíhání a případně udržování požadované teploty v žíhané vrstvě.

Plynový hořák je poměrně jednoduchý, spolehlivý, osvědčený a snadno dostupný zdroj tepelné energie potřebné k dosažení a případně k udržování žíhací teploty popílku, přičemž má poměrně nízké jak investiční, tak provozní náklady, a to zejména ve srovnání s elektrickým zdrojem tepelné energie.

Nastavitelná rychlost otáčení hřídele se šnekovici a s lopatkami, umožňuje nastavení optimálního promíchávání žíhaného popílku v celém objemu žíhané vsázky a optimální rychlosti jejího posunu v axiálním směru. K tomu dále přispívá možnost změny smyslu otáčení hřídele se šnekovici, a tím možnost střídavého posouvání žíhaného popílku od vstupu k výstupu z dutého válce žíhací pece a takto regulování délky doby, po níž je popílek udržován v žíhacím prostoru, respektive

-2 CZ 307092 B6 délky doby žíhání. Současně to umožňuje konstrukční zkrácení délky žíhací pece a jejích vestavných rozměrů. To současně příznivě ovlivňuje velikost investičních a provozních nákladů žíhací pece. Žíhací pec může být takto provozována jak pro kontinuální, tak pro šaržovitý způsob žíhání.

Regulační ventil na vstupu do dutiny dutého hřídele umožňuje nastavení optimálního množství vzduchu k žíhání pro daný druh žíhaného popílku.

Předehřátím vzduchu před jeho vstupem do žíhacího prostoru se docílí jednak snížení energetických nákladů na žíhání a jednak slouží jako další regulační prostředek k nastavení a udržení vhodné teploty v žíhané vrstvě popílku.

Velmi výhodné je, že velikost zařízení, žíhací pece, a tím její kapacitu, respektive výkon, lze podle požadavku objednatele měnit poměrně jednoduchou konstrukční úpravou, spočívající v podstatě ve změně její délky, tj. délky dutého válce s dutou hřídelí a případně i jejich průměru.

Žíhací pec podle tohoto vynálezu umožňuje žíhání popílku šaržovitým i kontinuálním způsobem. Při šaržovitém způsobu žíhání se popílek, přivedený do žíhacího prostoru, posouvá šnekovicí k protilehlému konci žíhacího prostoru a následnou změnou otáček hřídele se žíhaný popílek přesouvá zpět. Opakování těchto reverzačních cyklů se provádí tak dlouho, dokud není žíhání popílku ukončeno.

V případě, že žíhací prostor je dostatečně dlouhý, aby umožnil setrvání žíhaného popílku v žíhacím prostoru po stanovenou dobu žíhání při jednom smyslu posunu žíhaného popílku, je možné využít kontinuální způsob žíhání.

Žíhací pec podle tohoto nového vynálezu lze využít pro žíhání a jemu podobné tepelné zpracování i jiných, vhodných průmyslových odpadů.

Objasnění výkresů

Vynález je blíže osvětlen výkresy, kde žíhací pec v nárysu, v řezu je znázorněna na obr. 1 a její bokorys, v řezu je znázorněn na obr. 2.

Příklady uskutečnění vynálezu

Žíhací pec na obr. 1 a 2 je tvořena tělesem ve tvaru dutého válce 1, v němž je, ve směru podélné osy, otočně uspořádán dutý hřídel 2, mající po svém obvodu uspořádány, ve směru podélné osy v odstupu za sebou, šnekovici 3 a lopatky 4, provedené ve tvaru lopatkové šnekovice 26. U levého konce dutého válce 1 je proveden vstup 6 popílku 7 určeného k žíhání a na straně opačné výstup 8 vyžíhaného popílku 9, který ústí do komory 27 výstupu, mající uvnitř uspořádán labyrint 25 odvodu spalin a odvod 24 spalin. U levého konce dutého hřídele 2 je uspořádán vstup 10 oxidačního média - vzduchu do dutiny 16 dutého hřídele 2. Za vstupem 10 vzduchuje uspořádán regulační ventil 22 a u opačného konce je dutina 16 dutého hřídele 2 napojena na druhý regulační ventil 29. Dutý hřídel 2 má provedeny radiální otvory 15, spojující dutinu 16 dutého hřídele 2 s žíhacím prostorem 1_7. K vnějšímu povrchu dutého válce 1 přiléhají elektrická topná tělesa 12. Okolo dutého válce 1 je, v radiálním směru v odstupu, proveden krycí plášť 13, opatřený tepelnou izolací 14, přičemž vzduchotěsně uzavřený prostor mezi dutým válcem 1 a krycím pláštěm 13, tvoří chladicí komoru 18, která je napojena na vstup a výstup 19, 20 chladicího vzduchu. Dutý hřídel 2 je uložen otočně v ložiskách 11. Žíhací pec spočívá na nosné konstrukci 21.

-3 CZ 307092 B6

Průmyslová využitelnost

Žíhací pec podle tohoto nového vynálezu lze využít zejména pro snížení obsahu spalitelných látek v elektrárenských a teplárenských popílcích pod 6 % hmotnostních, žíháním samovýpalem a získat tak kvalitní surovinu pro použití ve stavebnictví, zejména jako pucolánovou přísadu do betonu, kde může nahradit až okolo 30 % cementu.

Zíhací pec podle tohoto vynálezu umožňuje způsob žíhání šaržovitý i kontinuální. Lze ji využít pro žíhání a jemu podobné tepelné zpracování i jiných, dosud nevyužívaných, vhodných průmyslových odpadů.

Claims (8)

1. Zíhací pec pro žíhání sypkých hmot, zejména pro žíhání popílku samovýpalem, provedená ve tvaru dutého válce, který má uspořádán vstup žíhané sypké hmoty a výstup vyžíhané sypké hmoty, vyznačující se tím, že je tvořena tělesem ve tvaru dutého válce (1), v němž je, ve směru podélné osy, otočně uspořádán dutý hřídel (2), mající po svém obvodě uspořádány, ve směru podélné osy za sebou, alespoň jednu šnekovici (3) a alespoň jeden pár lopatek (4), u jednoho konce dutého válce (1) je proveden vstup (6) popílku (7) určeného k žíhání a na straně opačné výstup (8) vyžíhaného popílku (9), alespoň u jednoho konce dutého hřídele (2) je uspořádán vstup (10) oxidačního média do dutiny (16) dutého hřídele (2), dutý hřídel (2) má provedeny radiální otvory (15), spojující dutinu (16) dutého hřídele (2) s žíhacím prostorem (17), přičemž buďto k vnějšímu povrchu dutého válce (1) přiléhá alespoň jedno elektrické topné těleso (12), napojené na zdroj elektrické energie a/nebo je v žíhacím prostoru (17) uspořádán alespoň jeden druhý zdroj tepelné energie, okolo dutého válce (1) je, v radiálním směru v odstupu, proveden krycí plášť (13), opatřený tepelnou izolací (14), přičemž vzduchotěsně uzavřený prostor mezi dutým válcem (1) a krycím pláštěm (13) tvoří chladicí komoru (18), která je napojena alespoň na jeden vstup (19) a na alespoň jeden výstup (20) chladicího vzduchu, dutý hřídel (2) je otočně uložen v ložiskách (11), uspořádaných u jeho protilehlých konců a je napojen na pohonné ústrojí otáčení a žíhací pec je uspořádána na nosné konstrukci (21).

2. Žíhací pec podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se tím, že lopatky (4) jsou uspořádány do tvaru lopatkové šnekovice.

3. Žíhací pec podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že oxidačním médiem je vzduch.

4. Žíhací pec podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že druhým zdrojem tepelné energie je druhé elektrické topné těleso.

5. Žíhací pec podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že druhým zdrojem tepelné energie jsou horké spaliny z hořáku, s výhodou z plynového hořáku.

6. Žíhací pec podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že pohonné ústrojí otáčení dutého hřídele (2) je opatřeno zařízením umožňujícím změnu rychlosti a/nebo smysl otáčení.

7. Žíhací pec podle kteréhokoliv z nároků laž6, vyznačující se tím, že alespoň jeden vstup (10) vzduchu do dutiny (16) dutého hřídele (2) je opatřen redukčním ventilem (22).

-4CZ 307092 B6

8. Žíhací pec podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že vzduch vstupující do prostoru (17) žíhání popílku je předehříván.