CZ32631U1 - Ekologický energetický zdroj na palivový mix - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká moderního a ekologického zdroje energie založeného na využití palivového mixu při středním tepelném výkonu, tedy o rozsahu 5 až 50 MW.

Dosavadní stav techniky

Současným trendem v odpadovém hospodářství je snaha výrazně omezit ukládání odpadů na skládky odpadu. Rozvinuté země se vedle recyklace a zamezení vzniku odpadů zaměřují právě na energetické využití odpadů tak, aby omezily a následně zcela zrušily skládkování, které je považováno za nejméně environmentálně přívětivý způsob nakládání s odpadem.

Pod pojmem palivový mix se rozumí směs různých spalitelných materiálů, které ve směsi dosahují výhřevnosti na úrovni obnovitelných a fosilních paliv a které se vyskytují v zájmovém území, např. dřevní hmota i kontaminovaná, odpady ze služeb a malých výroben, materiálově nevyužitelné a upravené spalitelné odpady z institucí a obchodů, v menším množství i kaly z COV, výhřevná frakce a výměty z mechanicko-biologické úpravy odpadů apod.

Dosavadní termické zpracování výše uvedených paliv a odpadů probíhá zejména ve spalovnách komunálních odpadů či zařízeních pro energetické využití komunálních odpadů o velkých tepelných výkonech nad 50 MW.

Tyto provozy se zpravidla sestávají z technologie roštového kotle s několikastupňovým systémem čištění spalin. Odebrané teplo ze spalin se u jednotek pro energetické využití komunálních odpadů využívá k výrobě tepelné a elektrické energie. Nevýhodou velkých zařízení jsou velké dojezdové vzdálenosti od vzniku paliva/odpadu k místu jeho zpracování, emise plynných polutantů, spojené i s dopravou a emise hluku koncentrované na jednom místě, vysoké investiční náklady na pořízení jednotky a přepravy vyrobené energie.

Cílem technického řešení je představit ekologický energetický zdroj na palivový mix, který by využíval směsi paliv a odpadů, jako ekologického zdroje energie, vyskytujících se v zájmovém území, který by odstranil nedostatky spojené se spalovnami velkých kapacit a nedostatky skládkování.

Podstata technického řešení

Výše zmíněné nedostatky odstraňuje ekologický energetický zdroj na palivový mix podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že kotel sestává z membránové části provedené z membránových stěn a z navazující žárotrubné části provedené jako výpamík, přičemž ve spodní části kotle je rošt a z kotle vede odvodně potrubí topného média pro využití uvolněného tepla, přičemž na vstupní straně kotle je uspořádán přívod obsahující dopravníkovou posuvnou podlahu, vodorovný dopravník a šikmý dopravník pro dávkování palivového mixu s hydraulicky ovládaným hřebenem k zabránění zpětnému propadávání paliva, přičemž za žárotrubnou částí je na výstupní straně kotle uspořádán první injektor sorbentu, za ním je uspořádán první kontaktor provedený jako trasované potrubí, za ním je uspořádán ekonomizér pro zchlazení spalin při odstranění těžkých kovů a dioxinů, přičemž do ekonomizéru ústí potrubí na směs užitkové vody a kondenzátu z napájecí nádrže s odplyňovákem, přičemž z ekonomizéru je uspořádáno vedení směsi užitkové vody a kondenzátu zpět do žárorubné části kotle, a dále z ekonomizéru vystupuje spalinovod, do kterého ústí druhý injektor aktivního uhlí a oxidu vanadičného, spalinovod přechází v druhý kontaktor, provedený jako trasované potrubí, zaústěný do filtračního zařízení,

- 1 CZ 32631 U1 z kterého je uspořádáno vedení vyčištěných spalin přes spalinový ventilátor do komína, přičemž za ventilátorem je uspořádáno odbočení pro zpětné vedení do membránové části kotle pro recirkulaci části spalin, přičemž před vstupem pod spalovací rošt je do zpětného vedení zaústěno potrubí s primárním spalovacím vzduchem, opatřené ventilátorem, pro smíchání spalovacího vzduchu s recirkulovanou částí spalin.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude dále přiblíženo pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schématický pohled na moderní a ekologický energetický zdroj na palivový mix podle technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr.l je vidět ekologický energetický zdroj 22 na palivový mix PM. Základní částí zdroje 22 je parní kotel 23, který se skládá z vertikální vodotrubné membránové části 5 a horizontální žárotrubné části 6. Membránová část 5 kotle 23 tvoří integrovaný celek s roštem 4 v jeho spodní části.

Termické zpracování palivového mixu PM tedy probíhá v parním kotli 23. Do kotle 23 je palivový mix PM plynule dávkován ze zásobníku prostřednictvím dopravníkové posuvné podlahy T Dávkování palivového mixu PM do spalovacího prostoru je zajištěno pomocí vodorovného dopravníku 2 a navazujícího šikmého dopravníku 3.

Vodorovný dopravník 2 je otevřený žlab, přičemž uvnitř žlabu je hydraulickým válcem posouvána tyč s klínovými unašeči, střídavým pohybem vpřed-vzad je palivo posunováno směrem k šikmému dopravníku 3. Šikmý dopravník 3 je uspořádán v kanálu, který na výstupní straně ústí do spodní spalovací komory vodotrubné části 5 kotle 23 nad rošt 4. Dopravníky 2, 3 tedy dávkují palivový mix PM do zúženého kanálu ve spodní části spalovací komory membránové části 5 kotle 23, ze kterého je palivo vytlačováno na spalovací rošt 4. Výstupní strana šikmého dopravníku 3 je duplikátorová, s vodním chlazením. Pohyb palivového mixu PM v šikmém dopravníku 3 je zajištěn pomocí pístu, který palivo stlačuje a tím vytváří zátku zamezující přisávání vzduchu do spalovací komory membránové části 5. V horní části komory šikmého pístu 3 je instalován hydraulicky ovládaný hřeben 3a zabraňující zpětnému propadávání paliva při pohybu šikmého pístu dolů.

Na spalovacím roštu 4 dochází k termické oxidaci, tedy ke spálení paliva a uvolňování jeho chemicky vázané energie ve formě tepla spalin a záření. Spalovací rošt 4 je tvořen střídavě pevnými a pohyblivými řadami roštnic z vysoce legované oceli. Roštnice vykonávají pomalé míchací pohyby a zároveň posunují palivo po délce roštu směrem dolů k výpadu, tj. vyhrabováku 17 škváry Š redlerového typu. Jednotlivé roštnice jsou ochlazovány spalovacím vzduchem, který proudí zespodu mezerami, respektive kanálky mezi jednotlivými roštnicemi. Pohyb roštnic je zajištěn pomocí neznázoměné hydraulické jednotky. Spalování paliva je dokončeno asi ve dvou třetinách délky roštu 4, na konci roštu 4 dochází ke zchlazení škváry. Jemný popílek P, který propadne roštem 4 je shromažďován a odváděn do zmíněného vyhrabováku 17 škváry Š.

Soustava využívající uvolněnou chemickou energii ve formě entalpie spalin je tvořena membránovou částí 5 a navazující žárotrubnou částí 6 kotle 23 provedenou jako výpamík, který odebírá teplo již z prostoru spalovací komory s ohledem na teplotu spalin ve druhém stupni spalování bez nutnosti přídavného zdroje tepla. Nesmí však dojít k podchlazení spalin pod legislativní požadavek pro spalování odpadního plynu při spalování komunálního odpadu, což je 850 °C po dobu 2 sekund.

-2CZ 32631 U1

Pro snížení koncentrace NOx je navrženo použití SNCR technologie s využitím redukčního roztoku na bázi technické močoviny MO. Princip metody spočívá v nástřiku redukčního prostředku do prostoru horkých spalin (850 až 1050 °C) v dohořívací komoře kotle 23, kde probíhá rozklad NOx na N2.

Pro snížení obsahu kyselých složek spalin je do spalinovodu těsně za žárotrubnou částí kotle prvním injektorem 7 sorbentu S dávkován namletý práškový bikarbonát sodný NaHCO3. Pro dokonalé promísení a zajištění dostatečné zdržné doby nutné pro chemické reakce odsíření je za prvním injektorem 7 nainstalován první kontaktor 8. V zásadě se jedná o vhodně trasované potrubí. Takto navržené potrubí zajistí svou délkou zdržnou dobu 2 sekundy a současně zde proběhne homogenizace spalin a sorbentu S. Sorbent S je skladován ve vacích typu Big-Bag. Neznázoměný provozní zásobník sorbentu S tvoří tzv. Big-Bag umístěný ve vyprazdňovací stanici se šnekovým dopravníkem. Doprava sorbentu S z provozního zásobníku do místa injektáže ve spalinovodu je řešena mechanicko-pneumatickou cestou. Jedná se o soustavu mikrodávkovače, šnekového dopravníku, turniketu a dmychadla s ejektorem, což není na obr. 1 znázorněno.

Před dalším stupněm čištění spalin je do zdroje 22 dále zařazen ekonomizér 9, který zajistí snížení teploty spalin na vhodnou úroveň, což je cca 150 °C pro odstranění těžkých kovů a dioxinů PCDD/F aktivním uhlím AC. Aktivní uhlí AC je do spalinovodu 24, který je uspořádán za ekonomizérem 9, dávkováno obdobným způsobem jako bikarbonát sodný, tedy pneumatickou cestou. V dolní části je neznázoměný dávkovači šnekový dopravník. Tento dopravník řízené dávkuje aktivní uhlí AC přes turniket a ejektor do pneumatické dopravy, a dále do spalinovodu 24. Současně v ekonomizéru 9 probíhá předehřev napájecí vody proudící do žárotrubné části 6 kotle 23.

Sorbent S je skladován v neznázoměné zásobní násypce dávkovače, kam je ručně naplněn z maloobjemových pytlů po cca 25 kg, odkud je dopravován šnekovým dopravníkem do mikrodávkovače. Násypka mikrodávkovače je vybavena rozrušovačem klenby.

Další součástí zdroje 22 je napájecí nádrž 20 s odplyňovákem 25. Do napájecí nádrže 20 je pomocí čerpadel 19 na kondenzát K přiváděn kondenzát K z kondenzátní nádrže 18 a užitková voda UV. Tato směs je dále v napájecí nádrži 20 upravena pomocí neznázoměné jednotky chemické úpravy vody. Do žárotrubné části 6 kotle 23 je dopravována užitková voda UV z napájecí nádrže 20 pomocí napájecích čerpadel 21.

Za ekonomizérem 9 je uspořádán druhý kontaktor H pro snížení obsahu kyselých složek a dioxinů ve spalinách, který je opět proveden jako potrubí, ve kterém probíhá záchyt polutantů. Tento kontaktor 11, stejně jako v předchozím případě, prodlouží dráhu spalin, a tím se dosáhne potřebné kontaktní doby sorbentů S se spalinami a jejich promísení a současně také dojde k rovnoměrnému rozptýlení částic sorbentů po průřezu kouřovodu.

Společně s aktivním uhlím AC se injektorem 10 do spalinovodu 24 dávkuje práškový katalyzátor na bázi oxidu vanadičného V2O5, který posouvá termodynamickou rovnováhu vhodným směrem pro rozklad dioxinů PCDD/F.

Přes ekonomizér 9 je z napájecí nádrže 20 hnána napájecí voda do žárotrubné části 6 kotle 23, ze které je napájecí voda přiváděna do membránových stěn kotle 23. Odebraná energie ze spalin ve formě páry nebo horké vody je částečně spotřebována pro provoz energetického zdroje 22, a to hlavně na ohřev spalovacího vzduchu a napájecí vody a převážná část páry je exportována k odběrateli ve formě technologického topného média TP.

Procesy suché sorpce a adsorpce dobíhají na povrchu filtračních elementů filtračního zařízení 12, který je umístěný na konci trasy systému čištění spalin. Veškeré výsledné produkty čištění spalin

-3 CZ 32631 U1 a nezreagované zbytky výše zmíněných sorbentů S se spolu s tuhými znečišťujícími látkami zachytí na látkovém filtru filtračního zařízení 12. Při průchodu spalin přes tento filtr se zachytí jemné částice na povrchu filtračních elementů a vytvoří vrstvu, tzv. filtrační koláč. Tento filtrační koláč se periodicky odstraňuje při regeneraci filtru a shromažďuje se ve výsypce pod filtrem. Před regenerací filtru dobíhají na povrchu filtračních elementů odkyselovací procesy, záchyt těžkých kovů a dioxinů na povrchu aktivního uhlí a rozklad dioxinů za přítomnosti katalyzátoru.

Vyčištěné spaliny jsou pak odtahovány spalinovým ventilátorem 13 do komína 14, uspořádaným na konci trasy, a rozptýleny do okolní atmosféry.

Soubor výše popsaných technologií pro čištění spalin tedy zahrnuje celou řadu opatření, z nichž některá lze zařadit mezi primární opatření, která mají snížit nebo omezit tvorbu sledovaných polutantů. Tato primární opatření jsou soustředěná na vlastní spalovací proces, jehož optimalizací lze podstatně snížit koncentrace zejména CO, TOC a NOx.

Proces zpracování spočívá v řízené oxidaci paliva, při které dojde k transformaci spalitelných látek z paliva na plynné produkty, zejména na CO, CO₂, H2O a na nespalitelný pevný zbytek, tedy škváru Š a popílek P. Navržená technologie vč. systému čištění spalin počítá i s možností vzniku plynných polutantů jako jsou SO2, HC1, HF, PCDD/F a těžké kovy vč. jejich oxidů.

Dalším primárním opatřením je zařazení recirkulace spalin pomocí recirkulačního ventilátoru 15 v podobě odebírání části spalin před komínem 14, zařazeným až za filtrační zařízení 12, kdy se tyto spaliny vrací zpět do kotle 23. Ještě před vstupem pod spalovací rošt 4 se recirkulační spaliny smíchávají s primárním spalovacím vzduchem SV, který je vháněn pomocí ventilátoru 16.

Průmyslová využitelnost

Ekologický energetický zdroj na palivový mix na úrovni výkonu 5 až 50 MW lze využít pro spalování různých spalitelných materiálů přímo v místě zájmu, čímž odpadají problémy spojené např. s dopravou odpadu do velkých spaloven, ukládáním odpadu na skládky, a přitom lze vzniklé teplo využít pro různé technologické účely jako je ohřev vody, vytápění apod.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (1)

1. Ekologický energetický zdroj na palivový mix, obsahující přívod užitkové vody, přívod kondenzátu, přívod sorbentů do spalin, přívod technické močoviny, přívod spalovacího vzduchu a kotel, vyznačující se tím, že kotel (23) sestává z membránové části (5) provedené z membránových stěn a z navazující žárotrubné části (6) provedené jako výpamík, přičemž ve spodní části kotle (23) je rošt (4) a z kotle (23) vede odvodně potrubí topného média (TP) pro využití uvolněného tepla, přičemž na vstupní straně kotle (23) je uspořádán přívod obsahující dopravníkovou posuvnou podlahu (1), vodorovný dopravník (2) a šikmý dopravník (3) pro dávkování palivového mixu (PM) s hydraulicky ovládaným hřebenem (3 a) k zabránění zpětnému propadávání paliva, přičemž za žárotrubnou částí (6) je na výstupní straně kotle (23) uspořádán první injektor (7) sorbentu (S), za ním je uspořádán první kontaktor (8) provedený jako trasované potrubí, za ním je uspořádán ekonomizér (9) pro zchlazení spalin při odstranění těžkých kovů a dioxinů, přičemž do ekonomizéru (9) ústí potrubí na směs užitkové vody (UV) a kondenzátu (K) z napájecí nádrže (20) s odplyňovákem (25), přičemž z ekonomizéru (9) je uspořádáno vedení směsi užitkové vody a kondenzátu zpět do žárotrubné části (6) kotle (23), a dále z ekonomizéru (9) vystupuje spalinovod (24), do kterého ústí druhý injektor (10) aktivního uhlí (AC) a oxidu vanadičného (OV), spalinovod (24) přechází v druhý kontaktor (11), provedený jako trasované potrubí, zaústěný do filtračního zařízení (12), z kterého je uspořádáno vedení

-4CZ 32631 U1 vyčištěných spalin přes spalinový ventilátor (13) do komína (14), přičemž za ventilátorem (13) je uspořádáno odbočení pro zpětné vedení do membránové části (5) kotle (23) pro recirkulaci části spalin, přičemž před vstupem pod spalovací rošt (4) je do zpětného vedení zaústěno potrubí s primárním spalovacím vzduchem (SV), opatřené ventilátorem (16) pro smíchání spalovacího 5 vzduchu (SV) s recirkulovanou částí spalin.