HUT72158A - Method and apparatus for the yield of heat energy from waste materials, mainly from refuse - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás hőenergia kinyerésére hulladékanyagokból, különösen szemétből, amelynek során az egy rostélyra anyagréteg formájában adagolt hulladékanyagot folytonos átkeverés és egyidejű oxidálószer bevezetés mellett egy tűztéren bocsátják át, valamint berendezés az eljárás végrahajtására, amely egy rostéllyal rendelkező helyhezkötött égetőkemencét tartalmaz.

-2A hulladékot például a hagyományos szemétégető berendezésekben egy égetőrostélyon mozgatott rostélyelemek segítségével egy tüzelőberendezés tűzterén vezetik át, és ennek során a szemét kiszárad és elég. Oxidálószerként levegőt használnak, amelyet alulról felfelé áramoltatnak át az égetőrostélyon és a rajta lévő hulladékon. A hulladéknak a gyulladási hőmérsékletet elérő része meggyullad, és az eközben keletkező füstgázt egy utóégetőkamrában szekunderlevegő adagolása mellett teljes kiégéséig égetik el. Ez az égetési módszer ideális esetben a szemét összes szerves alkotórészét széndioxiddá és vízzé alakítja át.

Az elégetés után a keletkezett salakot lehűtik és egy salaklerakóba vagy további feldolgozásra elszállítják. A füstgázt az utóégetést követően többnyire átvezetik egy hőcserélőn, melyben visszanyerik a füstgáz hőjének egy részét, mielőtt a füstgázt különböző tisztító berendezésekbe vezetik be.

A szemétégetés fentebb ismertetett hagyományos módja nem mentes bizonyos hátrányoktól. Mivel oxidálószerként levegőt használnak, és ezáltal tökéletes égés jön létre, normál esetben 5000-6000 m^ füstgáz keletkezik minden tonna szemétből. A füstgázt költséges módon meg kell tisztítani, mielőtt azt eleresztenék az atmoszférába. A füstgáz tisztítására és a hővisszanyerésre szolgáló berendezéseknek megfelelően nagyoknak és műszakilag igényes kialakításúaknak kell lenniük. Az ilyen berendezések beruházási költsége ennek megfelelően igen magas.

Az eljárás további hátránya, hogy az égetőrostélyon és a hulladékrétegen átáramló levegő felkavarja a port, és magával ragad korom- és hamurészecskéket, amelyek bekerülnek a hővisszanyerő és a füstgázmosó berendezésekbe. Ott lerakódásokat okoznak, ami különösen a hővisszanyerésnél okoz problémát. A lerakódások rontják a hőátadást és korrodálják a hőcserélő felületeket, ezáltal viszonylag gyakran költséges javítások válnak szükségessé, és romlik a berendezés hatásfoka is.

Az égési hőmérséklet a rostélyelemek szerkezeti anyaga miatt nem választható meg szabadon. Az égetőrostély lehetséges szerkezeti nagyságától függően korlátozott a hulladéknak a tűztérben elérhető tartózkodási ideje is. Ez negatív hatással van a salak minőségére. Mivel az égési hőmérséklet és a hulladéknak az égetőrostélyon való tartózkodási ideje nem választható meg

-3szabadon, nem biztosítható a salak tökéletes kiégése, és oldódó szervetlen káros anyagok maradhatnak vissza a salakban.

Az ismert szemétégető berendezéseknél jelentkező ezen problémák megoldására különböző alternatív eljárásokat fejlesztettek ki, azonban ezeknek is komoly hátrányaik vannak.

Az égési hőmérséklet növelése és a füstgáz mennyiségének, ezáltal az utánkapcsolt berendezések méretének és beruházási költségének csökkentése érdekében javasolták az égetőrostélyon átáramló égési levegő oxigénnel dúsításák. Ez az intézkedés azonban nem kézbentartható, általában túl magas hőmérsékletet hoz létre az égetőrostélyon. A füstgázmennyiség emiatt nem csökkenthető a megfelelő mértékben, és nő a rostély termikus és mechanikus terhelése.

A szemétégetés mellett a hulladékból való energianyerésre szolgáló további termikus eljárásként használják a kigázosítást, amelyet pirolízisnek, svélezésnek vagy kokszosításnak is neveznek, és amelyekről részletesebb ismertetéseket közöl a Müll und Abfall szakfolyóirat 12/1978 száma.

A kigázosításon alapuló összes eljárásnál a hulladékot oxigén kizárása mellett hevítik. Ennek hatására a hulladékban lévő szerves vegyületek instabillá válnak, az illékony összetevők felszabadulnak és eltávoznak, a nem illékonyak pedig koksszá alakulnak át.

Tekintettel arra, hogy a kigázosításnak oxigén kizárása mellett kell történnie, az eddig ismert eljárásoknál az endoterm folyamat fenntartásához szükséges energiát fűtőfelületeken keresztül vezetik be a hulladékba, amely fűtőfelületeknek közvetlenül kell érintkezniük a hulladékkal. Ilyen fűtőfelületek lehetnek például forgódobok vagy csatornák, melyeket vagy kívülről fűtenek vagy belső fűtőcsövekkel látnak el. A hulladék rossz hővezetőképessége miatt a kigázosítás előtt elengedhetetlen a hulladék előkezelése és aprítása. A koptató hatású szemét és a fűtőfelületek közötti érintkezés miatt a mechanikus részeket költséges módon karban kell tartani.

Más ismert termikus eljárások a hulladék kigázosítással, ill. elgázosítással kombinált megolvasztásán alapszanak. Az ilyen eljárások végrehajtásához fő berendezésegységként gyakorlatilag kizárólag a nyersvas előállításához ismert aknás kemencéket használnak. A vasgyártásból azonban tudjuk, hogy egy aknás kemence csak akkor működik jól, ha homogén a megolvasztandó anyag.

-4Heterogén tüzelőanyagok, mint pl. a háztartási szemét esetében azonban előkezelés után sem biztosítható a homogén darabosság. Ez boltozódást és hídképződéseket okoz az aknás kemencében, és nagyobb agglomerátumok képződnek. Ezáltal csökken a szilárd anyag gázzal való reakcióhoz rendelkezésre álló felülete, és nem oxidálódnak a szerves anyagok. Emiatt nem kiégett szerves zárványok keletkeznek az olvadékban, amelyek így többé már nem is tudnak oxidálódni. Az olvadék kihűlését követő granulálásnál a törési helyeken nem oxidálódott maradványok jönnek elő, így semleges salak kialakulása nem biztosítható.

A találmány célja egy eljárás kialakítása, amely mentes az ismert eljárások fentebb említett hátrányaitól, és amellyel a keletkező füstgáz mennyisége is jelentősen csökkenthető.

A kitűzött célt a bevezető bekezdésben körvonalazott jellegű, hulladékanyagokból, különösen szemétből hőenergia kinyerésére is alkalmas olyan eljárás kialakításával és alkalmazásával érjük el, amelynek során az egy rostélyra adagolt hulladékanyagot anyagréteg formájában folytonos átkeverés és egyidejű oxidálószer bevezetés mellett egy tűztéren bocsátjuk át úgy, hogy a gázhalmazállapotú oxidálószert a rostélyon továbbított hulladékréteg fölött vezetjük be a tűztérbe, az így bevezetett oxidálószer segítségével a hulladékrétegből hőhatásra felszabaduló éghető illékony anyag legalább egy részét égetjük el, amivel a hulladékréteg fölötti tűztértartományban a hulladékanyagból az illékony éghető anyagokat felszabadító sugárzó hőhatású tűzlángot tartunk fenn, és az éghető illékony anyagoktól mentesített hulladékanyagot mint szemétkokszot, az el nem égett illékony anyagokat pedig mint éghető gázt továbbhasznosításra alkalmas termékekként vezetjük el. Az oxidálószert a tűztérbe meghatározott helyeken elosztva elhelyezett előnyösen több oxidálószer bevezetővel, célszerűen gázlándzsákkal, fúvókákon vagy radiális furatokkal ellátott csöveken keresztül, adott esetben egyedileg vezérelt mennyiségadagolásra alkalmas és/vagy hűtött ilyen oxidálószer bevezetőkkel tápláljuk be. Előnyösnek bizonyult, ha a kinyert éghető gázt a portól és káros anyagoktól, a szemétkokszot a meddő, semleges anyagoktól megtisztítjuk, majd a tisztított eljárási termékeket egy-egy további tüzelőberendezésben, vagy legalább részben egy az azokat előállító berendezés tűztere után elrendezett további berendezésegységben elégetve fűtőanyagként energiatermelésre hasznosítjuk.

-5Ezenbelül előnyösnek találtuk, ha az előállított szemétkoksz legalább egy részét egy utánkapcsolt járulékos égetőrostélyon égetjük el. Az égetőrostélyon oxigénnel dúsított füstgázt keringethetünk át, a tűztérbe pedig gázhalmazállapotú oxidálószerként tiszta oxigént, vagy adott esetben oxigénnel dúsított visszakeringtetett füstgázt vezethetünk be. A találmány szerinti eljárás végrehajtására kialakított berendezés egy rostéllyal rendelkező helyhezkötött égetőkemencét tartalmaz, amelynek a betáplált hulladékanyagot hulladékréteg alakjában továbbító rostély fölötti tartományban az égetőkemence tűzterébe nyíló több oxidálószer bevezetője van.

A találmány szerinti eljárást és berendezést az alábbiakban a csatolt rajz egyetlen, egy példaképpen! berendezés vázlatos hosszmetszetét föltüntető 1. ábrájára hivatkozva ismertetjük részletesebben.

A rajzon feltüntetett hulladékégető 1 berendezés táplálásához a kezelendő hulladékot, különösen például szemetet, aprítatlan állapotban, a rajzon nem ábrázolt módon egy 2 feladótölcsérbe ömlesztjük, és azt egy a 2 feladótölcsér alsó végén lévő 4 adagoló egy 5 rostélyra adagolja. A 4 adagoló mindegyik előrelöketénél azonos mennyiségű szemét kerül az 5 rostélyra. Az előtolási sebesség célszerűen fokozatmentesen szabályozható.

Az 5 rostély a hulladékot áttovábbítja egy helyhezkötött 10 égetőkemencén. Az 5 rostélyon a hulladékanyag 11 hulladékréteg formájában helyezkedik el. Az 5 rostély és a 11 hulladékréteg fölött van a 10 égetőkemence 12 tűztere. A 12 tűztérben helyileg elosztva gázhalmazállapotú oxidálóanyag bevezetésére alkalmas több 15 oxidálószer bevezető nyílik be. A 15 oxidálószer bevezetők célszerűen gázlándzsaként, fúvókaként vagy radiális furatokkal ellátott csövekként lehetnek kialakítva. Lehetnek vízhűtésűek is, ez a rajzon nincs ábrázolva.

Az 5 rostély három darab külön-külön meghajtott 6 rostélyegységből áll, amelyek mindegyike több cserélhető rostélyelemet tartalmaz. Mindegyik 6 rostélyegység több lépcsőszerűen kialakított, egymáshoz képest mozgatható felülettel van ellátva, amelyek toló- és nyíróhatást fejtenek ki a hulladékra, hogy a hulladéknak mindig új felületei legyenek kitéve az alábbiakban ismertetendő termikus kezelésnek a 12 tűztérben.

Az 5 rostélyon található 11 hulladékréteg fölött a 12 tűztérbe bevezetett oxidálószer a hulladékból eltávozó éghető illékony anyagokkal lángot alkot, amely

hősugárzás folytán a 11 hulladékréteget annyira felhevíti, hogy kigázosodás jön létre. Az illékony éghető anyagoktól megszabadított hulladék szemétkoksszá alakul át. Az illékony anyagok részben elégnek, az el nem égett illékony anyagok pedig éghető gázként nyerhetők ki. E két kigázosítási termék tüzelőanyagként tovább felhasználható energiahordozónak számít.

A láng igen nagy égési sebessége folytán az oxidálószer nem diffundál be a hulladékba, és így tiszta kigázosodás valósul meg. A rossz hővezetőképességgel rendelkező 11 hulladékréteg bizonyos értelemben hőszigeteli az 5 rostélyt a hősugárzással ill. a hőátadással szemben. Az oxidálószer nem érintkezik a berendezés termikusán terhelt részeivel, és így 10 és 100 % közötti, célszerűen 50 és 100 % közötti oxigéntartalmú, még célszerűbben pedig kizárólag oxigénből álló oxidálószer használható, miáltal a füstgáz mennyisége akár 80 %-kal is csökken.

A szemétkoksz és a megmaradt éghető gázok homogén fűtőanyagként energiakinyerés céljára használhatók fel egy további, a rajzon nem ábrázolt berendezésben. A szemétkokszot előzetesen meg kell szabadítani a meddő, semleges anyagoktól, az éghető gázt pedig meg kell tisztítani a portól és a káros anyagoktól. A kigázosítási termékek, azaz a szemétkoksz és/vagy az éghető gáz, azonban a berendezésen belül, például egy (a rajzon nem ábrázolt) forgódobos vagy örvényréteges kemencében is utánégethető.

A szemétkoksz a hagyományos módon utánégethető egy a berendezés után elhelyezett, az ábrán nem ábrázolt égetőrostélyon is. Mivel a találmány szerinti eljáráshoz, mint már említettük, nagy oxigéntartalmú oxidálószert használunk, és a füstgáz mennyisége a levegőben lévő nitrogén hiánya miatt akár 80 %-kal is csökken, ezért a füstgáz akár 50 %-nyi vízgőzt is tartalmazhat. A szénfeldolgozó iparból ismert, hogy egy ilyen gáz gázosítóanyagként használható a szén feltárásához. Ha a szemétkoksz utóégetésére az utánkapcsolt hagyományos égetőrostélyt használják, akkor a szén feltárását elősegítendő, a füstgáz visszakeringtethető, és gázosítóanyagként átvezethető az égetőrostélyon. E célra természetesen vízgőz is használható.

A visszakeringtetett füstgáz - oxigénnel dúsítva - oxidálószerként is felhasználható a 12 tűztérben.

Annak következtében, hogy a találmány szerinti eljárásnál az oxidálószer (oxigén, gáz, dúsított visszakeringtetett füstgáz vagy levegő) a 11 hulladékréteg

-7fölött és nem az 5 rostélyon keresztül lép be a 12 tűztérbe, nem kavarodik fel a keletkező por, és ezáltal elkerülhetők az ebből eredő hátrányok.

A rostély nyíró hatása következtében, és annak köszönhetően, hogy mindig új hulladékfelületek kapják a hősugárzást, a szükséges felfűtési idő előnyös módon a minimumra csökken. A rostély hulladékkezelésre szolgáló üzembiztos szerkezeti egységként! alkalmazásának, valamint annak köszönhetően, hogy a kigázosításhoz nincs szükség a hulladékkal közvetlenül érintkező fűtőfelületekre, elhagyható a hulladék előkezelése vagy a hulladék aprítása.

Az egyes rostélyegységek különálló, szabályozható hajtásának köszönhetően a 11 hulladékréteg vastagsága szükség szerint alakítható ill. állítható be az 5 rostély hossza mentén. Az oxidálószernek az egyes 15 oxidálószer bevezetőkkel, például gázlándzsákkal történő bevezetése is egyedileg adagolható, illetve az adagolt mennyiség szabályozható.

Tekintettel arra, hogy a 10 égetőkemencében teljes égés helyett csak kigázosodás jön létre, és a hőmérséklet a kigázosodás során hatékonyan szabályozható, alacsony értéken tartható a berendezés termikus terhelése is.

A füstgáz csökkenése jelentős. A találmány szerinti hulladékkezelő berendezés kicsi és kedvező költségű, mivel nincs szükség nagy és költséges berendezésegységek alkalmazására a füstgáz tisztításához.

Claims (15)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás hőenergia kinyerésére hulladékanyagokból, különösen szemétből, amelynek során az anyagréteg formájában egy rostélyra (5) adagolt hulladékanyagot folytonos átkeverés és egyidejű oxidálószer bevezetés mellett egy tűztéren (12) bocsátjuk át, azzal jellemezve, hogy a gázhalmazállapotú oxidálószert a rostélyon (5) továbbított hulladékréteg (11) fölött vezetjük be a tűztérbe (12), az így bevezetett oxidálószer segítségével a hulladékrétegből hőhatásra felszabaduló éghető illékony anyag legalább egy részét égetjük el, amivel a hulladékréteg (11) fölötti tűztértartományban a hulladékanyagból az illékony éghető anyagokat felszabadító sugárzó hőhatású tűzlángot tartunk fenn, és az éghető illékony anyagoktól mentesített hulladékanyagot mint szemétkokszot, az el nem égett illékony anyagokat pedig mint éghető gázt továbbhasznosításra alkalmas termékekként elvezetjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószert a tűztérbe (12) meghatározott helyeken elosztva elhelyezett több oxidálószer bevezetővel (15) tápláljuk be.
3. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószert a tűztérbe (12) gázlándzsákkal vezetjük be.
4. 4. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószert a tűztérbe (12) fúvókákon keresztül vezetjük be.
5. 5. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószert a tűztérbe (12) radiális furatokkal ellátott csöveken keresztül vezetjük be.
6. 6. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószert a tűztérbe (12) egyedileg vezérelt mennyiségadagolásra alkalmas oxidálószer bevezetőkkel (15) tápláljuk be.
7. 7. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószert a tűztérbe (12) egyedileg hűtött oxidálószer bevezetőkkel (15) tápláljuk be.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kinyert éghető gázt a portól és káros anyagoktól megtisztítjuk, majd egy további tüzelőberendezésben elégetve fűtőanyagként energiatermelésre hasznosítjuk.
9. 9. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szemétkokszot a meddő, semleges anyagoktól megtisztítjuk, és fűtőanyagként egy további tüzelőberendezésben elégetve energiatermelésre hasznosítjuk.

   • ·
10. 10. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az éghető gázt és/vagy a szemétkokszot részben vagy egészben egy az azokat előállító berendezés tűztere (12) után elrendezett további berendezésegységben elégetjük.
11. 11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előállított szemétkoksz legalább egy részét egy utánkapcsolt járulékos égetőrostélyon égetjük el.
12. 12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az égetőrostélyon az oxigénnel dúsított füstgázt keringetünk át.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tűztérbe (12) gázhalmazállapotú oxidálószerként oxigénnel dúsított visszakeringtetett füstgázt vezetünk be.
14. 14. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tűztérbe (12) 10-100 %, célszerűen 50-100 %, különösen azonban 100 % oxigént tartalmazó gázhalmazállapotú oxidálószert vezetünk be.
15. 15. Berendezés az 1. igénypont szerinti eljárás végrehajtására, amely egy rostéllyal rendelkező helyhezkötött égetőkemencét tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a betáplált hulladékanyagot hulladékréteg (11) alakjában továbbító rostély (5) fölötti tartományban az égetőkemence (10) tűzterébe (12) nyíló több oxidálószer bevezetője (15) van.