CZ32902U1 - Zařízení k dávkování kalů do spalovacích zařízení - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká konstrukce zařízení k dávkování odvodněných čistírenských kalů do spalovacích zařízení, zejména s fluidním způsobem spalování. Řešení spadá do oblasti likvidace čistírenských odpadů a oblasti energetických provozů na tuhá i plynná paliva.

Dosavadní stav techniky

Výstupní úpravou čistírenských kalů ve stávajících čistírnách odpadních vod je jejich odvodnění To se děje v odstředivkách nebo v odvodňovacích lisech. Výsledkem je odvodněný čistírenský kal s obsahem vody 60 až 80 % hmotn., zbytek tvoří směs organických a anorganických látek. Výhřevnost kalů se podle obsahu vody pohybuje od 1 do 2 MJ.kg¹. Odvodněné čistírenské kaly se v minulosti vyvážely na pole, nebo ukládaly na skládce. V současné době legislativa ukládá, aby odvodněné čistírenské kaly byly spalovány v energetických zařízeních.

Spalováním dojde k likvidaci všech nežádoucích bakterií, virů a plísní, včetně likvidace nežádoucích organických látek Čistírenské kaly se v zahraničí termicky likvidují zejména ve fluidních spalovacích zařízeních. Kaly se plunžrovým čerpadlem a potrubím dopravují ze zásobníku do spalovacích komor. Dopravní trasa je zakončena trubkou zavedenou přes stěnu spalovací komory dovnitř do fluidní vrstvy. Z trubky o průměrů 50 až 150 mm vypadávají homogenní kusy kalů o hmotnosti 1 až 3 kg z výšky několika metrů do spodní části fluidní vrstvy, případně na fluidní rošt.

Příkladem je zařízení ke spalování kalů na pískovém fluidním loži podle CN 203703990 U. U těchto zařízení je nutno při provozu hlídat dopravované množství kalu, aby se neucpaly přívody fluidizačního vzduchu do dna spalovací komory, případně aby nedošlo k zastavení fluidizace přebytkem mokré pasto vité hmoty čistírenských kalů. Dávkování je omezeno nutností dispergovat přivedenou hmotu na menší fluidující částice. Nedokonalým dávkováním kalů vznikají nespálené částice v odváděném ložovém popelu a současně mohou vznikat nálepy a nápeky na stěnách spalovacích komor s nepříznivým vlivem na materiál vyzdívek a teplosměnných ploch.

Někdy se tento problém řeší rozdělením dopravního potrubí na několik menších dílčích proudů, které jsou zavedeny do různých částí fluidní spalovací komory. U všech známých řešení se ale jedná o přívod kalu hladkou a celistvou rovnou trubkou.

Z CN 204404196 U je známo zařízení ke spalování částečně odvodněného kalu ve vznosu. Kal se do spalovacího prostoru přivádí trubkou, v jejímž ústí se nachází atomizér kalu. Přívodní trubku obklopuje válcový plášť, ve kterém je veden primární spalovací vzduch ústící do spalovacího prostoru. Tento válcový plášť je obklopen druhým válcovým pláštěm, přičemž mezi oběma plášti je do spalovacího prostoru veden sekundární vzduch. Toto uspořádání, které má charakter hořáku, je vhodné pro spalování kalu přímo za ústím přívodní trubice a zároveň umožňuje rozložení kalu na větší plochu fluidního kotle.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout zařízení k bezpečnému rozptýlení kalu do prostoru fluidního ohniště.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší zařízení, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno dávkovači tryskou kalu

- 1 CZ 32902 U1 napojenou na přívodní potrubí kalu a ústící do spalovací komory, přičemž ve stěně trysky jsou po obvodu provedeny otvory napojené na přívod stlačeného čeřícího vzduchu.

Přívod čeřícího vzduchu může být tvořen prostorem mezi vnější stěnou dávkovači trysky a vnitřním válcovým pláštěm obklopujícím dávkovači trysku.

Pro chlazení dávkovacího zařízení je vnitřní válcový plášť s výhodou obklopen vnějším válcovým pláštěm, přičemž prostor mezi plášti, který svými otvory ústí do spalovací komory, vede proud chladicího vzduchu.

Ve výhodném provedení je dávkovači tryska opatřena přívodem tlakového čisticího vzduchu a mezi přívodní potrubí kalu a dávkovači trysku je vložen uzavírací ventil.

Nový způsob dávkování spočívá v čeření pastovitého kalu vzduchem, který se přivádí do ústí kalového potrubí do spalovací komory. Účinkem proudění čeřícího vzduchu dojde k narušení homogenní pastovité konzistence hmotového toku kalu a kal se rozdělí na menší částice. Dělení na menší částice je závislé na množství a výstupní rychlosti proudu vzduchu z otvoru v dávkovači trysce. Částice se vzhledem k dodané kinetické energii lépe rozptylují ve fluidním ohništi a převážně nedopadnou na dno fluidní vrstvy. Voda z kalu se rychleji odpaří a částice dezintegrují a dobře prohoří Tento způsob je vhodný i pro dávkování do různých částí fluidního ohniště do stacionární fluidní vrstvy i do horkých dopravních cest ložového popela, pod cyklóny a za fluidní uzávěry. Zařízení není citlivé na přítomnost cizích předmětů v kalech, protože nezužuje profil dopravních cest.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresu, na kterém je na obr. 1 podélný řez výhodným provedením zařízení k dávkování kalů do fluidní vrstvy spalovacích zařízení.

Příklady uskutečnění technického řešení

V provedení dávkovacího zařízení kalu podle obr. 1 je dávkovači tryska 1 napojena prostřednictvím kulového uzavíracího ventilu 2 na přívodní potrubí 3 kalu, jehož průměr činí 50 až 150 mm podle velikosti zařízení a průměrů ústí do spalovacího zařízení. Dávkovači tryska 1 je k přívodnímu potrubí 3 připojena přírubou 4 a volným koncem je vsunuta do stěny spalovací komory. Kulový uzavírací ventil 2 je v potrubní trase vřazen pro případ opravy dopravního potrubí nebo manipulace spojené s výměnou nebo opravou trysky 1. Pro účely čištění vnitřní části trysky 1_ od nánosů kalů při odstávce nebo při opravě zařízení může být přívodem 5 přiveden tlakový čisticí vzduch o potřebném tlaku.

Stlačený čeřící vzduch je vstupem 6 přiváděn do prostoru mezi vnější stěnou dávkovači trysky 1 a vnitřním válcovým pláštěm 7 obklopujícím trysku T Čeřící vzduch vstupuje dovnitř do proudu pastovité hmoty v trysce 1 několika malými otvory 8 umístěnými bezprostředně před výstupem pastovité hmoty z trysky 1 do spalovací komory. Otvory 8 jsou vyvrtány po obvodu trysky 1 v jedné rovině a mají průměr 1 až 6 milimetrů.

Aby se omezila teplotní degradace materiálu dávkovacího zařízení, je dosud popsané zařízení opatřeno vnějším válcovým pláštěm 9 a do prostoru mezi plášti 7, 9 je přiváděn přívodem 10 studený tlakový chladicí vzduch o přetlaku 5 až 10 bar.

Tento vzduch při průchodu mezi plášti 7, 9 chladí materiál trysky 1 a následně vystupuje z čela trysky 1 otvory 11 do spalovací komory, kde se účastní spalování hlavního paliva i kalů.

-2CZ 32902 U1

Příklad 1

Čistírenský kal obsahující 28 % hmotn. sušiny byl dávkován dvojčinným pístovým čerpadlem do fluidního ohniště. Fluidní kotel má výkon 52 MW a spaluje se v něm hnědé uhlí spolu s uvedeným čistírenským kalem. Kal se dávkuje do husté fluidní vrstvy ve výšce 4,5 m nad kloboučkovým roštem. Přívodní potrubí 3 pro dávkování kalu má průměr 70 mm a jeho zaústění do ohniště je provedeno zařízením podle technického řešení. Množství dávkovaného kalu bylo 500 až 550 kg za hodinu. Pro čeření byl přiváděn vzduch o tlaku 6 bar. Jeho množství bylo 7 až 70 Nm³/hod, s výhodou 15 až 25 Nm³/hod. Pro srovnání bylo provedeno dávkování kalů na volnou plochu bez čeření proudu kalu vzduchem a následně s čeřením. Při dávkování bez čeření kal padá volně najedno místo a tvoří hromadu. Při zařazení dávkovači trysky podle technického řešení a za stejných podmínek se kal při pohledu shora rozptýlil do kruhu, aby se nedotýkal stěn spalovací komory

Příklad 2

Za stejných podmínek jako v příkladu 1 byl pro čeření použit tlakový vzduch, ale v tomto případě byla v proudu vzduchu prostřednictvím rotačního ventilu vyvolána pulzace tlaku. Ukázalo se, že při pulzním dávkování je kal rovnoměrněji rozptýlen v celé ploše kruhu. Také byl průměr kruhu dopadajících částic o 20 % větší. Při desintegraci kalu pulzním vzduchem je velikost částic kalu menší a jeho rozptýlení rovnoměrnější než při čeření tlakovým vzduchem bez pulzace.

Průmyslová využitelnost

Legislativa omezuje využití čistírenských kalů pro zemědělské účely a potlačuje i jejich skládkování. Proto je třeba kaly termicky likvidovat spalováním. Vzhledem k vysokému obsahu vody v kalech je jejich výhřevnost nízká. V současné době se kaly spalují s plynnými nebo kapalnými palivy nebo se spalují spolu s uhlím v energetických kotlích. Lepivý a pastovitý charakter odvodněných kalů brání spolehlivé fluidizaci materiálů. Aby se zamezila defluidace v ohništi, je nezbytné dávkovat kal po menších částicích. To s výhodou umožňuje popsané zařízení. Zařízení lze využít k rozptýlení pastovitého kalu při dávkování, zejména do fluidního ohniště při spalování uhlí, plynu nebo oleje.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (5)

1. Zařízení k dávkování kalů do spalovacích zařízení, vyznačující se tím, že je tvořeno dávkovači tryskou (1) kalu napojenou na přívodní potrubí (3) kalu a ústící do spalovací komory, přičemž ve stěně trysky (1) jsou po obvodu provedeny otvory (8) napojené na přívod stlačeného čeřícího vzduchu.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívod čeřícího vzduchu do otvoru (8) je tvořen prostorem mezi vnější stěnou dávkovači trysky (1) a vnitřním válcovým pláštěm (7) obklopujícím trysku (1).

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vnitřní válcový plášť (7) je obklopen vnějším válcovým pláštěm (9), přičemž prostorem mezi plášti (7, 9), který svými otvory (11) ústí do spalovací komory, je veden proud chladicího vzduchu.

4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že dávkovači tryska (1) je opatřena přívodem (5) tlakového čisticího vzduchu.

-3 CZ 32902 U1

5. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že mezi přívodní potrubí (3) kalu a dávkovači trysku (1) je vložen uzavírací ventil (2).