CZ31693U1

CZ31693U1 - Zařízení pro energetické a materiálové využití suchých stabilizovaných čistírenských kalů

Info

Publication number: CZ31693U1
Application number: CZ2018-34652U
Authority: CZ
Inventors: Michael Pohořelý; Jaroslav Moško; Karel Svoboda; Boleslav Zach; Michal Šyc
Original assignee: Ústav Chemických Procesů Av Čr, V. V. I.
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2018-04-10

Description

Technické řešení se týká zařízení pro energetické a materiálové využití suchých stabilizovaných čistírenských kalů.

Dosavadní stav techniky

Spalování pevných paliv ve stacionární fluidní vrstvě je dnes komerčně dostupnou technologií, která byla původně vyvinuta pro spalování vysoce popelnatých uhlí a pro in-situ odsiřování spalin vápencem. Fluidní spalování je dnes nejpoužívanější technologií pro spalování čistírenských kalů.

Zařízení pro energetické využití suchých stabilizovaných čistírenských kalů se obvykle skládá z kotelní části, která je tvořena etážovou pecí, fluidním ložem, či jejich kombinací, cyklónovou pecí, výtavnou pecí nebo rotační pecí, a z čisticí linky, která je obvykle tvořena zařízením na odstraňování tuhých znečišťujících látek (suchý elektrostatický odlučovač, či rukávový filtr) a mokrou vypírkou.

Předkládané řešení si klade za cíl zjednodušit celou technologickou linku a umožnit stavbu zařízení v kompaktním uspořádání s produkcí popela vhodného pro další využití či skladování.

Podstata technického řešení

Předkládané technické řešení řeší úkol zjednodušení technologické linky tak, že mění způsob odvodu popela (fluidní vrstvy) z mokré cesty na suchou, což umožňuje výrazné zjednodušení materiálového využití popela, respektive získávání cenných prvků, jako je např. fosfor. Dalším zjednodušením je provoz čisticí tratě pro spaliny nad rosným bodem vody a kyseliny sírové ve spalinách díky čištění katalytickými keramickými filtry, což zmenší objem i množství odpadů a zejména odstraní nutnost použití mokré vypírky, a tedy dodatečného vodního hospodářství.

Předmětem předkládaného technického řešení je spalovací zařízení pro energetické a materiálové využití suchých stabilizovaných čistírenských kalů (s obsahem vlhkosti v kalu W < 20 % hmotn.). Zařízení obsahuje kotelní část s fluidním ložem, upravenou pro spalování suchých stabilizovaných čistírenských kalů a roštem pro pravidelné odpouštění části vrstvy, a čisticí trať pro spaliny obsahující reaktor s katalytickými keramickými filtry a filtr s aktivním uhlím.

Výhoda zařízení spočívá v tom, že umožňuje odvod popela suchou cestou s možností instalace i zařízení pro pyrometalurgickou recyklaci fosforu a/nebo jiných prvků a/nebo sloučenin a/nebo jiných technologií pro recyklaci fosforu.

Zařízení je obvykle opatřeno zásobníkem suchého stabilizovaného čistírenského kalu.

Čisticí trať umožňuje jednokrokové čištění spalin od tuhých znečišťujících látek, kyselých složek plynu, oxidů dusíku, polychlorovaných dibenzodioxinů a dibenzofuranů (PCDD/F) a odstranění rtuti ze spalin.

Ve výhodném provedení je kotelní část zařízení tvořena stacionárním fluidním ložem s bublinovou nebo tryskající nebo gejzírovou vrstvou a roštem pro pravidelné odpouštění části vrstvy.

Kotelní část může být vybavena přívodem suchého čistírenského kalu, s použitím nebo bez použití vápence pro in-situ odsiřování spalin, a dále je s výhodou vybavena jedním nebo více přívody sekundárního, případně i terciárního vzduchu pro minimalizaci nedopalu a potlačení vzniku palivových oxidů dusíku

- 1 CZ 31693 U1 a/nebo jedním nebo více přívody amoniaku nebo močoviny pro selektivní nekatalytickou redukci oxidů dusíku umožňující nástřik amoniaku nebo močoviny do správné zóny s ohledem na teplotní okénko.

Následné čištění spalin od hlavních polutantů je soustředěno do jednoho kroku. Reaktor pro jednokrokové čištění spalin je s výhodou proveden ve tvaru válce, který může při tangenciálním přívodu spalin fungovat jako cyklónový odlučovač a jehož dolní podstava je vytvořena ve tvaru násypky pro odvod pevných částic z reaktoru, nebo v tvaru kvádru, nebo v jiném tvaru.

Dále je reaktor vybaven alespoň jedním keramickým katalytickým filtrem, s výhodou na bázi V₂O₅ a/nebo WO₃, pro selektivní katalytickou redukci oxidů dusíku a pro katalytickou oxidaci polychlorovaných dibenzodioxinů a dibenzofuranů neboli PCDD/F. Filtr také slouží pro záchyt tuhých znečišťujících látek. Pracovní teplota v reaktoru s filtry je (hlavně podle typu sorbentu kyselých složek spalin a katalytických rozkladných procesů) přibližně v rozsahu 120 až 450 °C.

Spalinovod mezi kotlem a reaktorem je s výhodou opatřen vstupem přídavného amoniaku pro selektivní katalytickou redukci oxidů dusíku a dále vstupem pro přídavný sorbent na bázi NaHCO₃ a/nebo CaO a/nebo Ca(OH)₂ sloužící pro záchyt kyselých složek ze spalin. Vzhledem k průběžnému dávkování přídavného sorbentu a amoniaku tak v reaktoru dochází k jednokrokovému záchytu a likvidaci tuhých znečišťujících látek, kyselých složek plynu, oxidů dusíku a PCDD/F.

Spaliny opouštějící reaktor jsou před výpustí komínem dále vedeny přes filtr s aktivním uhlím, s výhodou dopovaným sírou, který slouží pro dočištění spalin, a to zejména od rtuti za teplot nad 70 °C.

Zařízení podle předkládaného provedení umožňuje spalovat suché stabilizované čistírenské kaly v kotli se stacionární fluidní vrstvou s přídavkem vápence pro odsíření, kde je kotelní část vybavena prvky primárního opatření proti vzniku oxidů dusíku.

Zařízení také umožňuje odvádět popel výpustí s následnou možností pro využití popela pro pyrometalurgické metody získávání fosforu nebo pro jiné aplikace.

Zařízení dále umožňuje čistit spaliny od hlavních polutantů jednokrokové v reaktoru s katalytickými filtry a následně spaliny dočišťovat přes filtr s aktivním uhlím, s výhodou dopovaným sírou.

Objasnění výkresů

Uvedené technické řešení je blíže objasněno na Obr. 1, který schematicky znázorňuje zařízení pro fluidní spalování suchých stabilizovaných čistírenských kalů se suchým odvodem popela a s čisticí tratí skládající se z katalytických keramických filtrů a filtru s aktivním uhlím. Šipky na obrázcích znázorňují směr toku paliva, spalovacích médií a čištěných spalin.

Příklad uskutečnění technického řešení

Obr. 1 schematicky znázorňuje zařízení pro fluidní spalování suchých stabilizovaných čistírenských kalů se suchým odvodem popela a s čistící tratí obsahující katalytické keramické filtry a filtr s aktivním uhlím. Kotelní část 1_ zařízení funguje na principu stacionární fluidní vrstvy vyvolané přívodem 2 předehřátého spalovacího/fluidačního vzduchu do spodní části kotelního zařízení. Do fluidní vrstvy je přiváděno palivo spolu s vápencem nebo bez vápence vstupem 3 pro in-situ odsíření spalin. Proti aglomeraci fluidní vrstvy je kotel opatřen roštem s možností částečné nebo úplné výpusti popela a materiálu fluidní vrstvy výpustí 4, přičemž je fluidní vrstva odváděna suchou cestou a popel vznikající spalováním čistírenského kalu je možné využít pro pyrometalurgické získávání fosforu a/nebo jiných prvků a/nebo sloučenin. Do prostoru

-2CZ 31693 U1 nad fluidní vrstvou (freeboard) ústí přívody 5 amoniaku nebo močoviny, které umožňují dávkovat amoniak nebo močovinu do zóny teplotního okénka, tj. v takovémto případě do zóny o teplotě 850 až 950 °C. Freeboard je dále opatřen přívodem 6 sekundárního vzduchu a přívodem 7 terciárního vzduchu sloužícího k dohořívání nezreagovaných látek.

Spaliny opouštějící kotelní část proudí spalinovodem, do kterého ústí vstup 8 pro přídavný sorbent na bázi NaHCO₃ a/nebo CaO a/nebo Ca(OH)₂ a vstup 9 pro amoniak. Spalinovod ústí do reaktoru 10 pro jednokrokové čištění spalin tak, aby přiváděné spaliny měly teplotu nad rosným bodem vody a kyseliny sírové a aby spaliny byly přiváděny tangenciálním způsobem. Reaktor je vybaven alespoň jedním keramickým katalytickým filtrem na báziV₂O5 a/nebo WO₃, takže, vzhledem k průběžnému dávkování přídavného sorbentu a amoniaku, v reaktoru dochází k jednokrokovému záchytu a likvidaci tuhých znečišťujících látek, kyselých složek plynu, oxidů dusíku a PCDD/F. Spodní část reaktoru 10 je vytvořena ve tvaru násypky 11 pro odvod zachycených tuhých znečišťujících látek a zreagovaného a/nebo nezreagovaného přídavného sorbentu z reaktoru. Očištěné spaliny jsou dále vedeny spalinovodem do filtru 12 s aktivním uhlím dopovaným sírou pro dočištění zejména od rtuti a/nebo jejích sloučenin. Následně jsou vyčištěné spaliny 13 vedeny do komína a vypuštěny do ovzduší.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro energetické a materiálové využití suchých stabilizovaných čistírenských kalů podle tohoto technického řešení lze využít zejména pro spalování čistírenských kalů v čistírnách odpadních vod vybavených sušárnou kalů, kde lze dosáhnout požadovanou úroveň obsahu vlhkosti v kalu. Díky suchému čištění spalin je zařízení podle předkládaného řešení vhodné i pro jiné lokality než čistírny odpadních vod, kdy se tak předejde nutnosti výstavby mokré vypírky a současně se tak umožní vzniknout regionálnímu centru pro materiálové a energetické využití čistírenského kalu.

Dále je možné zařízení dle předkládaného řešení využít pro výrobu popela z čistírenských kalů, který lze dále zpracovávat pro získávání cenné suroviny fosforu a/nebo jiných prvků a/nebo sloučenin.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro energetické a materiálové využití suchých stabilizovaných čistírenských kalů, vyznačující se tím, že obsahuje kotelní část (1) obsahující stacionární fluidní lože, přičemž kotelní část (1) je vybavena roštem, a dále zařízení obsahuje čisticí trať pro spaliny obsahující reaktor (10) s katalytickými keramickými filtry a filtr (12) s aktivním uhlím.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že kotelní část (1) obsahuje stacionární fluidní lože s bublinovou nebo tryskající nebo gejzírovou vrstvou se vstupem (2) předehřátého spalovacího/fluidačního vzduchu do spodní části kotle.
3. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno vstupem (3) paliva.
4. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno vstupem (5) amoniaku nebo močoviny v zóně nad fluidní vrstvou.
5. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno vstupem (6) sekundárního vzduchu.

-3 CZ 31693 U1
6. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno vstupem (7) terciárního vzduchu.
7. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že katalytický 5 keramický filtr je filtr na bázi V₂O₅ a/nebo WO₃.
8. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že spalinovod mezi kotelní částí (1) a reaktorem (10) je opatřen přívodem (8) přídavného sorbentu na bázi NaHCO₃ a/nebo CaO a/nebo Ca(OH)₂ a přívodem (9) amoniaku.
9. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že reaktor (10) je proveden ve tvaru válce nebo kvádru, jehož dolní podstava je vytvořena ve tvaru násypky pro odvod pevných částic z reaktoru.

15 10. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že filtr (12) s aktivním uhlím obsahuje aktivní uhlí dopované sírou.