FI96436C - Menetelmä ja laite jätelipeän käsittelemiseksi - Google Patents

Description

96436

MENETELMÄ JA LAITE JÄTELIPEÄN KÄSITTELEMISEKSI

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä ja laite energian ja kemikaalien talteenottamiseksi massaprosessi-5 en jätelipeästä. Keksintö kohdistuu erityisesti tal-teenottokattilan, ts. soodakattilan tai vastaavan, kapasiteetin nostoon.

Kun jätelipeää poltetaan massaprosesseissa, tavoitteena 10 on erottaa jätelipeän kuiva-aineksen orgaaniset ja epäorgaaniset osat toisistaan. Kuiva-aineksen orgaanisesta osasta saatava lämpö otetaan talteen ja tällä lämmöllä tuotetaan mahdollisimman paljon höyryä. Prosessikemikaa-leja kerätään kuiva-aineksen epäorgaanisesta osasta sel-15 laisessa muodossa, että ne voidaan prosessin myöhemmissä vaiheissa muuttaa sopivaan muotoon käytettäväksi uudelleen keittoprosessissa.

Soodakattila on osoittautunut tähän mennessä ylivoimai-20 seksi lämmön ja kemikaalien talteenotossa jätelipeästä.

Talteenottokattilassa voidaan katsoa olevan kolme erillistä vaihetta ennen varsinaisia lämpöä absorboivia osia: kuivausvaihe, jossa lipeä tulistetaan, pelkistysvaihe pohjalla ja hapetusvaihe yläosassa. Jätelipeä suihkute-: 25 taan pieninä pisaroina kattilan tulipesään. Polttoilma syötetään myös talteenottokattilaan. Ilma syötetään tavallisesti kolmella eri tasolla: primääri-ilma tulipesän alaosassa, sekundääri-ilma primääri-ilman tason yläpuolella, mutta lipeäsuuttimien alapuolella ja tertiääri-30 ilma lipeäsuuttimien yläpuolella täydellisen palamisen varmistamiseksi. Kuumassa polttokammiossa höyry, kuiva-aineksen haihtuvat osat ja mahdollisesti kuiva-aineksen kaasutettavat osat haihtuvat lipeäpisaroista. Kaasut syttyvät tuoden lämpöä kattilan sisällä oleville lämpö-35 pinnoille, tulistimeen ja kattilan keittoputkistoon, ja kaasut poistetaan kattilan yläosasta. Jätelipeäpisaroiden tuhka, ts. jätelipeän epäorgaaniset ainekset, kerääntyvät 2 96436’ kattilan pohjalle, josta ne poistetaan ja tuodaan prosessin eri vaiheiden läpi takaisin keittoprosessiin.

Soodakattilasta tulevat savukaasut sisältävät suuren 5 määrän tuhkaa, lähinnä natriumsulfaattia, josta osa virtaa savukaasujen mukana hienona pölynä tai sulapisaroina ylöspäin kattilassa. Tuhkassa olevat suolat (Na2S04, Na2C03, NaCl) sulavat melko alhaisessa lämpötilassa ja tulevat sulaessaan helposti tarttuviksi ja syövyttäviksi. 10 Sulaneen tuhkan muodostama sakka aiheuttaa savu-kaasukanavien tukkeutumisriskin ja edelleen aiheuttaa korroosiota ja kattilan lämpöpintojen kulumista. Tukkeu-tumis- ja syöpymisriski nostavat huomattavasti, pesua, tarkastusta ja huoltoa varten tehtäviä seisokkien määrää. 15

Kattilan putkien korkea lämpötila kiihdyttää kerrostumien muodostusta ja siten korroosioriski lämpöpinnoilla kasvaa. Siten kerrostumat vaikuttavat erityisesti tulistimen lämpöpintoihin. Tavallisesti materiaalien korroosio vähe-20 nee tulistuspintojen lämpötilaa säätelemällä.

Pääasiallinen keino välttää korroosiota on ainakin tällä hetkellä valita tarpeeksi alhainen lämpötila ja paine tuotetulle höyrylle, jolloin sulan suolan haitalliset 25 vaikutukset vähenevät. Tämä tarkoittaa, että höyryä ei voi tulistaa niin korkeaan lämpötilaan kuin haluttaisiin sähkön tuottamiseksi höyryturbiinivoimaloissa.

Pintojen likaantumista ja savukaasukanavien tukkeutumista . 30 on yritetty vähentää mitoittamalla konvektio-osa tarpeek si suureksi ja suurentamalla tulistinpintojen välimatkaa. Suuremmat välykset helpottavat pintojen puhdistusta. Nämä järjestelyt kasvattavat kuitenkin kattilan kokoa ja ovat siten, mitä rakennuskustannuksiin tulee, epäsuotuisia.

Soodakattila, jossa tulistimen kokoa on pitänyt nostaa, on, mitä lämmönsiirto- ja höyrystystehoon tulee, heikko 35 3 96436 verrattuna vastaavaan hiiltä polttavaan kattilaan. Tulis-tinpintojen taipumus likaantua moninkertaistaa tarvittavan lämpöpintojen alan verrattuna kattilaan, jonka savukaasut sisältävät vain pieniä määriä tai ei lainkaan tuh-5 kaa.

Talteenottokattilan tulipesässä tapahtuvat reaktiot eivät tavallisesti häiriinny käsiteltävän mustalipeän määrästä. Siten talteenottokattilan kapasiteettia rajoittaa pää-10 asiassa kattilan yläosassa sijaitsevien lämpöpintojen likaantuminen. Uutta talteenottokattilaa voidaan tarvita, jos halutaan huomattavaa nousua käsiteltävän mustalipeän määrään, koska ylimääräisen lämpöpinnan tuominen olemassa olevaan talteenottökattilaan on teknisesti ja taloudelli-15 sesti rajoitettu. Kuitenkin, uuden kattilan asentaminen voi olla kallis ratkaisu.

On ehdotettu, että massatehtaan talteenottokapasiteettia voidaan nostaa asentamalla talteenottoapulaite uuden 20 talteenottokattilan sijaan. Talteenottoapulaite on kaasutus- tai polttoyksikkö, joka on asennettu talteenottokattilan ulkopuolelle. Ajatuksena on tuoda osa mustalipeästä tähän talteenottoapulaitteeseen ja siten vähentää talteenottokattilan kuormitusta. Kaasutustyyppinen talteen-: 25 ottoapulaite toimii sillä periaatteella, että mustalipeää kaasutetaan alistökiometrisissä olosuhteissa (noin 0.3 x stökiometrinen), josta saadaan aikaan savukaasua, jonka lämpötila on noin 800-900°C. Savukaasu jäähdytetään ve dellä ja pelkistetyt rikkikomponentit pestään jäähdyte-30 tystä kaasusta käyttämällä mietoa alkalista liuosta.

Puhdistettu kaasu poltetaan sitten erillisessä kaasukat-tilassa. Tämä ratkaisu voi olla teknisesti tyydyttävä, mutta se vaatii melko suuria alkuinvestointeja. Lisäksi apulaitteen asennus vanhaan massatehtaaseen voi olla 35 ongelmallista tilan puutteen vuoksi.

4 96436

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä jopa olemassa olevan jätelipeän talteenottokat-tilan kapasiteetin nostamiseksi teknisesti yksinkertaisella ja käytännöllisellä tavalla ja taloudellisemmin 5 kuin aiemmat menetelmät.

Yllä mainittujen tavoitteiden saavuttamiseksi esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on olennaista, että 10 (b) savukaasut jaetaan ainakin kahteen virtaan; (c) yksi virta johdetaan talteenottokattilan tulipesän jälkeisille lämmönsiirtopinnoille ja poistetaan kattilasta; ja (d) toinen kaasuvirta tai toiset kaasuvirrat poistetaan 15 talteenottokattilasta kohdassa tai kohdissa, jotka ovat talteenottokattilan hapetusalueella, ja poistettu kaasu jäähdytetään.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle laitteelle, talteenot-20 tokattilalle on tunnusomaista, että tulipesään yläosaan, hapetusvyöhykkeelle, on järjestetty yhde tai yhteitä osan savukaasuista johtamiseksi pois talteenottokattilasta.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti olemassa olevan tal-.25 teenottokattilan kapasiteettia voidaan kasvattaa huomattavasti. Osa savukaasuvirrasta poistetaan tulipesästä ja kaasuvirran kokonaistilavuus pienenee siten. Menetelmää voidaan soveltaa missä tahansa talteenottokattilaraken-teessa.

30

Kuten yllä mainittiin, kun kattilan kapasiteettia täytyy kasvattaa, talteenottokattilan pullonkaulaksi muodostuu kattilaosa eikä niinkään tulipesä. Käyttämällä esillä olevaa keksintöä talteenottokattilan kapasiteettia voi-35 daan kasvattaa erittäin yksinkertaisella tavalla viemällä ylimäärä kaasuvirrasta talteenottokattilan ulkopuolelle 5 96436 ( niin, että tämän osan ei tarvitse virrata tulipesän jälkeisille lämpöpinnoille.

Ylimääräinen kaasuvirta poistetaan talteenottokattilan 5 tulipesästä kohdassa, jossa olosuhteet ovat hapettavia ja siten kaasut eivät sisällä palamattomia komponentteja. Tällainen alue on sijoitettu tertiääri-ilmatason ja niin sanotun nokan väliin, kun ilmaa syötetään kolmella eri tasolla: primääri- ja sekundääri-ilma lipeäsuuttiraien 10 alapuolella ja tertiääri-ilma suuttimien yläpuolella varmistamaan täydellinen palaminen.

Savukaasun osa, joka vastaa tai on hiukan suurempi kuin se määrä, joka syntyy talteenottokattilan kapasiteettia 15 nostettaessa, voidaan erottaa kokonaissavukaasuvirrasta ja poistaa kattilasta ennen kattilan yläosaa. Sitten tulipesästä jälkeisille lämpöpinnoille virtaava kaasu-määrä voidaan rajoittaa kapasiteetin nostoa edeltävälle tasolle tai jopa alle sen tason. Tulipesän jälkeisiä 20 lämpöpintoja ei tarvitse muuttaa kapasiteetin nousun vuoksi.

Poistettu kaasu voidaan periaatteessa jäähdyttää minkä tahansa kattilarakenteen avulla, jota voidaan käyttää .25 tämän kaltaisen epäpuhtaan kaasun käsittelemiseen. Edullisesti kaasu jäähdytetään kiertopetireaktorissa. Tuli-pesästä poistettu savukaasu tuodaan kosketukseen ennen lämmönsiirrintä kiintopartikkeleiden kanssa, jotka on erotettu jäähdytetystä kaasusta käsittelyn jälkeen ja 30 kierrätetty takaisin reaktoriin. Kaasu voidaan jäähdyttää • jähmettymislämpötilan alle niin, että tuhkakomponentit, joita kaasussa on, eivät tartu lämmönsiirtopintoihin. Savukaasuissa olevaa tuhkaa käytetään kiertomateriaalina. Muutakin edullista reagoimatonta materiaalia, kuten Al203, 35 voidaan käyttää, mutta ilmeisesti on edullisinta käyttää prosessista tulevaa materiaalia.

6 96436

Soveltuvia kiertopetisysteemejä on kuvattu, esimerkiksi, GB-patentissa 2,140,144 ja US-patentissa 5,032,143. Kier-topetijäähdyttimen käyttö tuo monia etuja mukanaan.

5 Suurin osa, noin 90%, kiinteästä materiaalista (tuhka), joka sisältyy tulipesästä poistettuihin savukaasuihin, voidaan poistaa. Siten jäähdyttimen poistokaasun tuh-kasisältö on melko alhainen ja kaasu voidaan syöttää talteenottokattilan kattilaosasta poistettavan kaasun 10 kanssa sen sähkösuodattimeen. Tavallisesti suodatin pystyy vastaanottamaan kasvaneen tuhkavirran, joka syntyy kiertopetijäähdyttimen kaasuvirtauksesta. Tuhkavirran kasvu on niin vähäinen, että sillä ei tavallisesti ole vaikutusta suodattimen toimintaan.

15

Lisäksi kiertopetijäähdyttimen tarvitsema tila on pieni olosuhteissa, jotka vallitsevat talteenottolaitoksessa. Jäähdytin on helppo asentaa talteenottokattilan välittömään läheisyyteen, jopa kattilahuoneen sisälle. Tämä 20 johtuu siitä, että talteenottolaitoksessa on tilaa pystysuunnassa, mutta ei leveyssuunnassa ja jäähdyttimen vaatima tila on vaakatasossa pieni verrattuna toisen tyyppiseen jäähdyttimeen. Kiertopetijäähdyttimen pys tysuunnassa vaatima tila ei estä jäähdyttimen asennusta .25 talteenottolaitokseen.

Kiertopetijäähdytin voidaan suunnitella höyrykattilaksi tai syöttöveden esilämmittimeksi. Se voi toimia myös ilman esilämmittimenä, jos tämä on järkevää tekniseltä 30 kannalta. Höyrykattilaksi rakentaminen voidaan tehdä esim. seuraavasti: - Höyrykattilan paine on sama kuin talteenottokattilassa. Siten on mahdollista käyttää jäähdyttimestä talteenotet-tua lämpöä sähkön tuotantoon. Tämä rakenne on niin sanot- 35 tu vesiputkikattila.

- Höyrykattilan paine on sama kuin massatehtaan höyryver-kossa (väliottohöyry tai vastapaine, tavallisesti 10-12 56436 , 7 bar tai 2-5 bar, vastaavasti). Tämä rakenne on, mitä rakennuskustannuksiin tulee, edullinen. Se on niin sanottu tuliputkikattila, jossa jäähdytettävä kiertomateriaa-lin ja savukaasun seos virtaa pystysuorien putkien läpi 5 ja höyrystettävä vesi putkien ulkopuolella.

Jäähdyttimen poistokaasu tuodaan liitosputken kautta suodattimen tulokanavaan tai erilliseen tuhkaerottimeen, mikäli sellainen on olemassa.

10

Keksintöä tarkastellaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää kaavamaisesti erästä esillä olevan keksinnön mukaisen prosessin suoritusmuotoa.

15

Kuvion mukaisesti tavanomainen talteenottokattila 10 käsittää tulipesän 12, tulistiraen 14, kattilan keittoput-kiston 16 ja esilämmittimen 18. Polttoprosessissa kuivattua ja osittain poltettua mustalipeää sisältävä peti 20 muodostuu talteenottokattilan pohjalle. Sulaneet kemikaalit virtaavat huokoisen pedin läpi pohjalle, josta ne siirretään sulakourujen kautta liuotussäiliöön (ei esitetty kuviossa). Mustalipeä syötetään kattilaan ruiskuttamalla suuttimien 24 läpi. Polttoilma syötetään kolmelta .25 eri tasolta: primääri-ilma 26, sekundääri-ilma 28 ja tertiääri-ilma 30.

Talteenottokattilassa lämpö otetaan savukaasuista talteen höyrystävien pintojen 16 (kattila keittoputkisto), veden 30 esilämmittimen 18 ja tulistuspintojen 14 avulla. Savukaa-su, joka virtaa kattilan yläosan läpi poistetaan kattilasta linjan 32 läpi sähkösuodattimeen 34.

Keksinnön mukaisesti osa talteenottokattilassa muodostu-35 neista savukaasuista poistetaan kattilasta kohdassa, joka on kattilan hapettavassa osassa. Tämä alue on sijoitettu tertiääri-ilmatason 30 ja talteenottokattilan nokan 36 8 964 ό 6 väliin. Siten kaasu ei todennäköisesti sisällä palamattomia komponentteja. Näin ollen talteenottokattilaan syötettävän mustalipeän määrä (s.o. talteenottokattilan kapasiteetti) voi kasvaa, koska osa aikaansaaduista savu-5 kaasuista ohittaa kattilan yläosan.

Poistettu savukaasu syötetään linjan 38 kautta jäähdy-tysosaan 40, joka käsittää sekoituskammion 42 ja lämmönvaihtimen 44. Tällainen jäähdytysosa on kuvattu, esimer-10 kiksi yllä mainituissa GB- ja US-patenteissa.

Savukaasut sekoitetaan linjasta 46 tulevaan jäähdytettyyn kiertomateriaaliin, joka käsittää edullisesti kaasussa olevan tuhkan. Seoksen lämpötila lasketaan tuhkakom-15 ponenttien jähmettymislämpötilan alapuolelle. Sekoituksen ja lämpötilan laskun jälkeen seos virtaa lämmönsiirtimen 44 läpi, jolloin se jäähtyy. Koska lämpötila on alle jähmettymispisteen kaasussa oleva tuhka ei tartu lämpö-pintoihin. Lämmönsiirrin voidaan suunnitella höyrykatti-20 läksi, syöttöveden esilämmittimeksi tai ilman esilämmit-timeksi, kuten yllä kuvattiin.

Lämmönsiirtimen jälkeen kaasu johdetaan tangentiaalisesti linjan 48 kautta sykloniin 50, jossa kiinteä kiertomate-.25 riaali erotetaan kaasusta. Puhdistettu kaasu syötetään linjan 52 kautta sähkösuodattimeen tai erilliseen tuhka-erottimeen 54. Osa kiinteästä materiaalista (tuhka), joka on erotettu syklonissa palautetaan sekoituskammioon 42 paluuputken 46 avulla. Ylimääräinen tuhka, jota ei voida 30 käyttää kiertomateriaalina johdetaan linjan 56 kautta • olemassa olevaan talteenottokattilan tuhkasysteemiin.

Osa puhdistetusta jäähdytetystä kaasusta voidaan kierrättää sekoituskammioon jäähdytyksen tehostamiseksi.

Vaikka keksintöä on selostettu edullisen suoritusmuodon yhteydessä, on ymmärrettävää, että keksintö ei rajoitu 35 9 96436 esitettyyn suoritusmuotoon, vaan se on tarkoitettu kattamaan erilaiset muunnelmat ja vastaavat järjestelyt liitteenä olevien patenttivaatimusten määrittämän keksinnön suojapiirin sisällä.

5 » • ·

Claims (10)

96436' 10

1. Menetelmä massaprosessien jätelipeän käsittelemiseksi energian ja kemikaalien talteenottamiseksi jätelipeästä, 5 jolloin (a) jätelipeä poltetaan talteenottokattilassa (10) sulien suolojen ja savukaasujen tuottamiseksi; tunnettu siitä, että (b) savukaasut jaetaan ainakin kahteen virtaan; 10 (c) yksi virta johdetaan talteenottokattilan tulipesän (12) jälkeisille lämmönsiirtopinnoille (14, 16, 18) ja poistetaan kattilasta; ja (d) toinen kaasuvirta tai toiset kaasuvirrat poistetaan talteenottokattilasta kohdassa (38) tai kohdissa, jotka 15 ovat talteenottokattilan hapetusalueella, ja poistettu kaasu jäähdytetään.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen (d) kaasu jäähdytetään kiertopetijäähdyttimessä 20 (40).

3. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu tuodaan kosketukseen kiinteän kiertomateriaalin kanssa jäähdyttimen sekoituskamraiossa (42) ja materiaali *· 25 erotetaan kaasusta erottimessa (50), mitä erotusta ennen kaasu/kiertomateriaaliseos jäähdytetään (44) lämmön talteenottamiseksi siitä.

4. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 kiertomateriaali on savukaasun sisältämä tuhka.

5. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu vaiheessa (d) poistetaan tertiääri-ilmatason (30) ja talteenottokattilan nokan (36) väliltä. 35

6. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytin on suunniteltu höyrykattilaksi. 11 96436

7. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytin on suunniteltu syöttöveden esilämmittimeksi.

8. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että talteenottokattilan kapasiteetti kasvaa tiettyyn määrään asti ja kapasiteetin kasvua suunnilleen vastaava määrä kaasua poistetaan vaiheessa (d).

9. Massaprosessien jätelipeän talteenottokattila (10), joka käsittää tulipesän (12) ja sen jälkeiset lämmönsiir-topinnat (14, 16, 18) lämmön talteenottamiseksi savu kaasuista, tunnettu siitä, että tulipesän yläosaan, hape-tusvyöhykkeelle, on järjestetty yhde (38) tai yhteitä 15 osan savukaasuista johtamiseksi pois talteenottokattilas-ta,

10. Vaatimuksen 9 mukainen talteenottokattila, tunnettu siitä, että yhde (38) tai yhteet on yhdistetty kiertope-20 tijäähdyttimeen (40) kaasun jäähdyttämiseksi siellä. . · • · 96436 12