ITRM20090280A1 - INTEGRATED REACTIVATION SYSTEM AND RECIRCULATION OF ASHES READY AT HIGH LEVEL OF INCOMBUSTI. - Google Patents
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Description
SISTEMA INTEGRATO DI RIATTIVAZIONE E RICIRCOLO DI CENERI INTEGRATED REACTIVATION AND ASH RECIRCULATION SYSTEM
LEGGERE AD ALTO TENORE DI INCOMBUSTI READ AT A HIGH CONTENT OF INCOMBUSTS
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Settore dell’invenzione Sector of the invention
La presente invenzione si riferisce ad un apparato e ad un metodo di trattamento delle ceneri, particolarmente idonei all’impiego per ceneri leggere ottenute dalla combustione di combustibili fossili o da co-combustione con essi di CDR o biomasse all’interno di caldaie a polverino, ad esempio in impianti di produzione di energia e simili. The present invention relates to an apparatus and a method for treating ashes, particularly suitable for use with fly ash obtained from the combustion of fossil fuels or from co-combustion with them of RDF or biomass inside powder boilers, for example in power generation plants and the like.
Background dell’invenzione Background of the invention
Le vigenti normative che regolano l’utilizzo delle ceneri leggere nella produzione del cemento e del calcestruzzo impongono limiti sulla granulometria di queste e sul loro contenuto percentuale di incombusti. I valori-limite sono determinati ed imposti al fine di non alterare le caratteristiche del prodotto finale ottenuto. Current regulations governing the use of fly ash in the production of cement and concrete impose limits on the granulometry of these and their percentage content of unburnt materials. The limit values are determined and imposed in order not to alter the characteristics of the final product obtained.
Per la produzione di cemento, occorre attingere al patrimonio delle risorse naturali, soprattutto calcare e pozzolana, che si ricavano da apposite cave. Il calcare e la pozzolana, miscelati ad altri componenti minerali, vengono combusti nei forni dei cementifici, per ottenere il clinker di cemento che, opportunamente macinato, diventa cemento vero e proprio. For the production of cement, it is necessary to draw on the patrimony of natural resources, especially limestone and pozzolana, which are obtained from special quarries. The limestone and the pozzolan, mixed with other mineral components, are burnt in the kilns of the cement factories, to obtain the cement clinker which, when properly ground, becomes real concrete.
La produzione di una tonnellata di clinker genera circa una tonnellata di CO2. Le ceneri leggere di buona qualità, vale a dire con una percentuale di incombusti inferiore al 5% in peso, possono essere aggiunte al clinker di cemento fino a una percentuale del 30%. Milioni di tonnellate di CO2 possono essere risparmiate ogni anno operando questa sostituzione. The production of one ton of clinker generates about one ton of CO2. Good quality fly ash, i.e. with an unburnt percentage of less than 5% by weight, can be added to the cement clinker up to a percentage of 30%. Millions of tons of CO2 can be saved every year by carrying out this replacement.
La percentuale di incombusti presente nelle ceneri leggere prodotte all’interno di caldaie a combustibile solido può variare di molto a secondo del tipo di combustibile utilizzato, della presenza di co-combustione con biomasse e/o CDR e del sistema di combustione nel suo complesso. Quando il tenore di incombusti delle ceneri leggere supera il limite consentito, esse non sono riutilizzabili e sono destinate alla discarica, con notevoli costi di gestione e mancato vantaggio per l’ambiente. The percentage of unburnt materials present in the fly ash produced inside solid fuel boilers can vary greatly depending on the type of fuel used, the presence of co-combustion with biomass and / or RDF and the combustion system as a whole. When the unburnt content of the fly ash exceeds the permitted limit, they are not reusable and are destined for landfill, with significant management costs and no advantage for the environment.
Il problema degli incombusti nelle ceneri si è particolarmente enfatizzato in corrispondenza dell’adozione di strategie di combustione cosiddette “low-NOx”. In tali condizioni, hanno luogo processi di disattivazione termica del residuo carbonioso determinati dalla esposizione a temperature elevate. Infatti, tale esposizione a temperature elevate in corrispondenza di condizioni blandamente ossidanti se non addirittura riducenti rappresenta una condizione che favorisce processi di tempra dei residui carboniosi ed una conseguente disattivazione termica. The problem of unburnt materials in the ashes was particularly emphasized in correspondence with the adoption of so-called "low-NOx" combustion strategies. Under these conditions, thermal deactivation processes of the carbon residue caused by exposure to high temperatures take place. In fact, this exposure to high temperatures in correspondence with mildly oxidizing if not even reducing conditions represents a condition that favors hardening processes of the carbonaceous residues and a consequent thermal deactivation.
Una risposta possibile al problema degli incombusti nelle ceneri è rappresentato dai processi di ri-combustione di una parte delle ceneri leggere mediante il loro ricircolo diretto in camera di combustione. Tuttavia, studi relativi alla ricombustione della percentuale di incombusti della cenere sia leggera sia pesante dimostrano che i processi di ri-combustione tout-court si rivelano solo marginalmente efficaci, in quanto la disattivazione termica del residuo carbonioso rende la reattività residua dello stesso estremamente ridotta durante la fase di ri-combustione. A possible answer to the problem of unburnt materials in the ashes is represented by the re-combustion processes of a part of the fly ash by means of their direct recirculation in the combustion chamber. However, studies relating to the re-combustion of the unburnt percentage of both light and heavy ash show that the re-combustion processes tout-court prove to be only marginally effective, as the thermal deactivation of the carbonaceous residue makes the residual reactivity of the same extremely reduced during the re-combustion phase.
Sintesi dell’invenzione Summary of the invention
Pertanto, il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione è quello di fornire un apparato ed un metodo di trattamento delle ceneri leggere che consentano di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota, ed in particolare che permettano una riduzione sostanziale del livello di incombusti in esse presenti in modo efficace ma a basso costo, consentendo un successivo importante riutilizzo delle ceneri stesse a scopi industriali, e particolarmente nella produzione di cemento e calcestruzzo. Therefore, the technical problem posed and solved by the present invention is that of providing an apparatus and a method for treating the fly ash which allow to overcome the drawbacks mentioned above with reference to the prior art, and in particular which allow a substantial reduction in the level of unburnt materials present in them effectively but at low cost, allowing a subsequent important reuse of the ashes for industrial purposes, and particularly in the production of cement and concrete.
Tale problema viene risolto da un apparato secondo la rivendicazione 1 e da un metodo secondo la rivendicazione 22. This problem is solved by an apparatus according to claim 1 and by a method according to claim 22.
Caratteristiche preferite della presente invenzione sono presenti nelle rivendicazioni dipendenti della stessa. Preferred features of the present invention are present in the dependent claims thereof.
La presente invenzione fornisce alcuni rilevanti vantaggi. Il vantaggio principale consiste nel fatto che essa riesce a superare gli svantaggi dei processi di tecnica nota sopra citati in quanto consente una importante riattivazione delle ceneri leggere e quindi una estesa conversione del carbonio in esse contenuto in una successiva re-immissione in caldaia. The present invention provides some relevant advantages. The main advantage consists in the fact that it is able to overcome the disadvantages of the aforementioned prior art processes since it allows an important reactivation of the fly ash and therefore an extensive conversion of the carbon contained therein in a subsequent re-entry into the boiler.
In particolare, l’invenzione ottiene: In particular, the invention obtains:
- una riduzione drastica del tenore di incombusti nelle ceneri leggere, elevandone così la qualità e trasformandole da rifiuto in prodotto rivendibile, con notevole guadagno da parte del gestore dell’impianto di origine (ad esempio una centrale elettrica) anche in termini di mancata messa a discarica; - a drastic reduction of the unburnt content in the fly ash, thus raising its quality and transforming it from waste into a resalable product, with considerable gain for the operator of the original plant (for example a power plant) also in terms of failure to supply rubbish dump;
- vantaggi ambientali derivanti dalla conversione di un rifiuto destinato alla discarica a materia prima utilizzabile nell’industria del cemento e del calcestruzzo e conseguente risparmio di CO2 rilasciata nell’ambiente nel processo di produzione del cemento stesso. - environmental advantages deriving from the conversion of waste destined for landfill into a raw material that can be used in the cement and concrete industry and consequent savings of CO2 released into the environment in the production process of the cement itself.
L’invenzione risulta particolarmente vantaggiosa quando associata al sistema di ricircolo illustrato in WO 2006/005574, qui incorporato mediante questo riferimento, riuscendo in tal caso ad ottenere come unico prodotto della combustione solo cenere leggera di elevata qualità. The invention is particularly advantageous when associated with the recirculation system illustrated in WO 2006/005574, incorporated herein by this reference, managing in this case to obtain as the only product of combustion only light ash of high quality.
* * * * * *
Sintetizzando la descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite riportata più avanti, viene fornito un sistema di riattivazione degli incombusti presenti nelle ceneri leggere e di ricircolo delle stesse in camera di combustione per ultimare il processo di ossidazione del carbonio così attivato. Summarizing the detailed description of preferred embodiments reported hereinafter, a reactivation system of the unburnt materials present in the fly ash and recirculation of the same in the combustion chamber is provided to complete the oxidation process of the carbon thus activated.
Il sistema proposto, in uso, è costituito principalmente da: The proposed system, in use, mainly consists of:
- un sistema di raccolta delle ceneri leggere in uscita dalle apparecchiature di trattamento fumi di combustione prima dell’espulsione degli stessi al camino in presenza di precipitatori elettrostatici per il trattamento dei fumi di combustione, detto sistema di recupero è connesso esclusivamente ai campi del separatore che presentano ceneri a maggior contenuto di incombusti; - un eventuale apparecchiatura di concentrazione delle ceneri a maggior contenuto di incombusti, particolarmente vantaggiosa qualora siano presenti sistemi di filtrazione meccanici per il trattamento dei fumi di combustione; - un dispositivo/apparato di riattivazione delle ceneri - a seconda che il processo di riattivazione avvenga in continuo o in discontinuo, detto apparato può consistere in - a collection system of the fly ash coming out of the combustion fumes treatment equipment before the expulsion of the same to the chimney in the presence of electrostatic precipitators for the treatment of the combustion fumes, said recovery system is connected exclusively to the fields of the separator which they have ashes with a higher unburnt content; - a possible equipment for concentrating the ashes with a higher unburnt content, particularly advantageous if there are mechanical filtration systems for the treatment of combustion fumes; - a device / apparatus for reactivating the ashes - depending on whether the reactivation process takes place continuously or discontinuously, said apparatus may consist of
- un trasportatore metallico racchiuso in un contenitore metallico a tenuta, sul cui nastro di trasporto si realizza il letto fluido o fisso oppure - un serbatoio polmone con la stessa funzionalità; - a metal conveyor enclosed in a sealed metal container, on the conveyor belt of which the fluid or fixed bed is formed or - a buffer tank with the same functionality;
- mezzi di adduzione di aria calda al dispositivo/apparato di riattivazione e mezzi di aspirazione da quest’ultimo e di trattamento dell’aria così aspirata; - un eventuale condotto di collegamento fra il dispositivo/apparato di riattivazione ed il condotto fumi per lo smaltimento dell’aria a valle del processo di riattivazione; - means of supplying hot air to the reactivation device / apparatus and means of suction from the latter and treatment of the air thus sucked; - any connection duct between the reactivation device / apparatus and the smoke duct for the disposal of air downstream of the reactivation process;
- un sistema di trasporto della cenere trattata alla camera di combustione; - un sistema di regolazione e controllo, in grado di assicurare lo svolgimento in automatico delle operazioni, come sarà appresso descritto nella parte di descrizione del funzionamento. - a transport system of the treated ash to the combustion chamber; - a regulation and control system, capable of ensuring the automatic execution of the operations, as will be described below in the part describing the operation.
Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: Other advantages, characteristics and methods of use of the present invention will become evident from the following detailed description of some embodiments, presented by way of non-limiting example. Reference will be made to the figures of the attached drawings, in which:
la Figura 1 mostra una schematica rappresentazione di una configurazione di un impianto che incorpora una prima forma di realizzazione preferita dell’apparato di riattivazione secondo la presente invenzione, riferendosi in particolare ad un impianto dotato di elettrofiltri; Figure 1 shows a schematic representation of a configuration of a plant that incorporates a first preferred embodiment of the reactivation apparatus according to the present invention, referring in particular to a plant equipped with electrofilters;
la Figura 2 mostra una variante di realizzazione rispetto alla configurazione di Figura 1, in cui è previsto un preventivo trattamento di concentrazione delle ceneri ad elevato contenuto di incombusti; Figure 2 shows a variant embodiment with respect to the configuration of Figure 1, in which a preventive treatment of concentration of the ashes with a high unburnt content is provided;
la Figura 3 mostra una schematica rappresentazione di una configurazione di un impianto che incorpora una seconda forma di realizzazione preferita dell’apparato di riattivazione secondo la presente invenzione, riferendosi anche in questo caso ad un impianto dotato di elettrofiltri; e Figure 3 shows a schematic representation of a configuration of a plant that incorporates a second preferred embodiment of the reactivation apparatus according to the present invention, also referring in this case to a plant equipped with electrofilters; And
la Figura 4 mostra una ulteriore schematica rappresentazione di una configurazione di un impianto che incorpora la variante di realizzazione dell’apparato di riattivazione di Figura 2, riferendosi in particolare ad un impianto dotato di filtri a maniche. Figure 4 shows a further schematic representation of a configuration of a system that incorporates the variant of the reactivation apparatus of Figure 2, referring in particular to a system equipped with bag filters.
Con riferimento inizialmente alla Figura 1, un apparato di riattivazione di ceneri leggere mirato al ricircolo di queste nella camera di combustione che le ha generate ai fini di una riduzione del tenore complessivo di incombusti di tali ceneri è complessivamente indicato con 1. With reference initially to Figure 1, a reactivation apparatus of fly ash aimed at the recirculation of these in the combustion chamber that generated them for the purpose of reducing the overall unburnt content of such ashes is indicated as a whole with 1.
Tale apparato 1 è rappresentato e verrà descritto come integrato in un impianto 100 di produzione di energia, ad esempio una centrale elettrica, basato sulla combustione di combustibili fossili e/o sulla co-combustione con essi di CDR o biomasse. Such apparatus 1 is represented and will be described as being integrated into an energy production plant 100, for example a power plant, based on the combustion of fossil fuels and / or on the co-combustion with them of RDF or biomass.
In modo noto, l’impianto 100 comprende la summenzionata camera di combustione, denotata con 101 e consistente ad esempio in una caldaia di tipo a polverino. In a known way, the plant 100 comprises the aforementioned combustion chamber, denoted by 101 and consisting for example of a powder-type boiler.
Sempre in modo noto, la caldaia 101 è connessa ad uno scambiatore aria/fumi 102 ad ambienti separati, finalizzato al raffreddamento dei secondi e recante in particolare un lato fumi 104 ed un corrispondente lato aria di raffreddamento 103. Again in a known way, the boiler 101 is connected to an air / fumes exchanger 102 with separate rooms, aimed at cooling the latter and in particular having a fumes side 104 and a corresponding cooling air side 103.
Ancora in modo noto, lo scambiatore 102 è connesso, sul lato fumi 104, ad un sistema di filtrazione 105 mirato alla eliminazione dal flusso dei fumi delle ceneri volatili da questi trascinati. Nel presente esempio, tale sistema di filtrazione è di tipo a precipitazione elettrostatica e presenta sette stadi di uscita, uno dei quali denotato a titolo esemplificativo con 106. Still in a known way, the exchanger 102 is connected, on the fumes side 104, to a filtration system 105 aimed at eliminating the fly ash entrained by the fumes from the flow of fumes. In the present example, this filtration system is of the electrostatic precipitation type and has seven output stages, one of which denoted by way of example with 106.
Parte delle ceneri leggere in uscita dagli stadi di filtrazione del dispositivo 105, ed in particolare quelle cadute sui primi tre stadi, vengono addotte, mediante una linea di trasporto ceneri 108 dell’impianto 100 anch’essa nota, ad un dispositivo di stoccaggio 107 delle ceneri leggere. Part of the fly ash coming out of the filtration stages of the device 105, and in particular those falling on the first three stages, are conveyed, by means of an ash transport line 108 of the plant 100, also known, to a storage device 107 of the fly ashes.
Per semplicità, le ulteriori unità (note) dell’impianto 100 – ad esempio il camino di uscita dei fumi - non sono state rappresentate e non verranno ulteriormente descritte. For simplicity, the additional units (notes) of the system 100 - for example the smoke outlet chimney - have not been shown and will not be further described.
Sempre con riferimento alla Figura 1 e seguendo il flusso di prelievo, riattivazione e ricircolo delle ceneri leggere, l’apparato 1 della presente forma di realizzazione comprende innanzitutto mezzi di prelievo delle ceneri leggere depositatesi negli ultimi quattro stadi del precipitatore elettrostatico 105. Nel presente esempio tali mezzi di prelievo prevedono quindi quattro linee di prelievo dedicate, una per ciascuno stadio e denotate con i riferimenti rispettivamente 210-240. Again with reference to Figure 1 and following the flow of collection, reactivation and recirculation of the fly ash, the apparatus 1 of the present embodiment comprises first of all means for removing the fly ash deposited in the last four stages of the electrostatic precipitator 105. In the present example such pick-up means therefore provide four dedicated pick-up lines, one for each stage and denoted with the references 210-240 respectively.
Il sistema della presente forma di realizzazione si configura quindi come una deviazione sulla linea di trasporto principale 108 delle ceneri leggere in uscita dalla camera di combustione in corrispondenza agli stadi del precipitatore elettrostatico le cui ceneri sono tipicamente ad elevato contenuto di incombusti. Come noto, infatti, gli ultimi stadi del precipitatore presentano ceneri con questa caratteristica. Ad ogni modo, in termini generali un prelievo ed una analisi delle ceneri di ciascuno stadio in fase di progettazione permettono di individuare in modo semplice e con certezza, caso per caso, quali stadi o campi del precipitatore elettrostatico mettere in collegamento con le linee di prelievo suddette. The system of the present embodiment is therefore configured as a deviation on the main transport line 108 of the fly ash leaving the combustion chamber in correspondence with the stages of the electrostatic precipitator whose ashes are typically with a high unburned content. As is known, in fact, the last stages of the precipitator present ashes with this characteristic. In any case, in general terms, a sampling and an analysis of the ashes of each stage during the design phase allow to identify in a simple and certain way, case by case, which stages or fields of the electrostatic precipitator to connect with the sampling lines. aforementioned.
Tornando alla descrizione del presente esempio realizzativo, le suddette linee di prelievo dedicate 210-240 confluiscono in una linea comune 2, quest’ultima in comunicazione con mezzi di adduzione di aria di trasporto, denotati genericamente con 3. In base ad una realizzazione preferita, è possibile collegare la linea 2 alla suddetta linea di recupero principale 108 dell’impianto 100, utilizzandone la forza spingente sia essa in pressione positiva ovvero in aspirazione tramite esaustore dedicato, come indicato schematicamente in Figura 1. Returning to the description of the present embodiment, the aforesaid dedicated pickup lines 210-240 converge in a common line 2, the latter in communication with conveying air supply means, generically denoted by 3. According to a preferred embodiment, it is possible to connect the line 2 to the aforesaid main recovery line 108 of the plant 100, using its pushing force either in positive pressure or in suction through a dedicated exhaust pipe, as shown schematically in Figure 1.
La linea comune 2 a sua volta confluisce in una ulteriore linea di trasporto ceneri 4 che presenta, sia a monte che a valle della confluenza della linea 2 rispetto al verso del flusso principale di ceneri estratte dal precipitatore 105, primi e secondi mezzi di regolazione e/o interdizione della portata, denotati rispettivamente con 41 e 42. In particolare, la linea di trasporto 4 è connessa in corrispondenza di una prima estremità adiacente ai primi mezzi di regolazione e/o interdizione 41 con la linea principale di trasporto 108 delle ceneri leggere dell’impianto 100 che sfocia nel dispositivo di stoccaggio 107. L’altra estremità della linea 4, a valle della confluenza della linea 2 e dei secondi mezzi di regolazione e/o interdizione 42, è invece connessa all’ingresso di un dispositivo di separazione ceneri 5, ad esempio di tipo a ciclone, atto a separare la corrente d’aria di trasporto dalle ceneri e ad addurre detta aria , tramite una linea di uscita 6 preferibilmente anch’essa dotata di mezzi di regolazione e/o interdizione 61, alla linea principale di trasporto 108 dell’impianto 100. The common line 2 in turn flows into a further ash transport line 4 which presents, both upstream and downstream of the confluence of the line 2 with respect to the direction of the main flow of ashes extracted from the precipitator 105, first and second adjustment means and / or interdiction of the flow, denoted respectively by 41 and 42. In particular, the transport line 4 is connected at a first end adjacent to the first adjustment and / or interdiction means 41 with the main transport line 108 of the fly ash of the system 100 which flows into the storage device 107. The other end of line 4, downstream from the confluence of line 2 and the second adjustment and / or interdiction means 42, is instead connected to the inlet of a separation device ashes 5, for example of the cyclone type, adapted to separate the transport air stream from the ashes and to add said air, through an outlet line 6, preferably also dot ata of means of regulation and / or interdiction 61, to the main transport line 108 of the plant 100.
Il dispositivo 5 presenta poi naturalmente una ulteriore uscita che adduce le rimanenti ceneri, mediante una ulteriore linea 7 ed eventualmente tramite interposizione di un sistema 71 di dosaggio/alimentazione, ad esempio una rotocella, ad un dispositivo di riattivazione di tipo a letto fluido o fisso complessivamente denotato con 8. Vantaggiosamente, l’alimentazione delle ceneri al dispositivo 8 può avvenire in continuo. The device 5 then naturally has a further outlet which conveys the remaining ashes, by means of a further line 7 and possibly by interposition of a dosing / feeding system 71, for example a rotary valve, to a reactivation device of the fluid or fixed bed type. generally denoted by 8. Advantageously, the feeding of the ashes to the device 8 can take place continuously.
Nella presente forma di realizzazione, il dispositivo di riattivazione 8 comprende un nastro trasportatore 81 sul quale si realizza detto letto fluido o fisso e che preferibilmente reca una pluralità di asole passanti. Il nastro 81 è racchiuso in un involucro 83 recante una pluralità di aperture laterali 82, connesse a mezzi di adduzione di aria calda di riattivazione 9 di cui si dirà a breve, ed una o più aperture 84 sulla parte superiore, connesse a mezzi di estrazione dell’aria di riattivazione 18 di cui si dirà più avanti. In the present embodiment, the reactivation device 8 comprises a conveyor belt 81 on which said fluid or fixed bed is formed and which preferably carries a plurality of through slots. The belt 81 is enclosed in a casing 83 carrying a plurality of lateral openings 82, connected to means for supplying hot reactivation air 9, which will be discussed shortly, and one or more openings 84 on the upper part, connected to extraction means of the reactivation air 18, which will be discussed later.
Il nastro 81 può essere realizzato in conformità agli insegnamenti di EP 0 252 967 o di EP 0 931 981, anche questi qui incorporati mediante questo riferimento. The tape 81 can be made in accordance with the teachings of EP 0 252 967 or EP 0 931 981, also incorporated herein by this reference.
Il dispositivo 8 è associato ai suddetti mezzi di adduzione di aria calda di riattivazione, complessivamente denotati con 9 e presentanti una pluralità di linee di adduzione di tale aria calda, disposte inferiormente al nastro 81 e ciascuna corrispondente ad una apertura laterale 82 del relativo involucro 83. Nel presente esempio tali linee sono sei, sono denotate con i riferimenti numerici rispettivamente 11-16 e preferibilmente recano ciascuna rispettivi mezzi di interdizione e/o regolazione della portata (uno dei quali denotato a titolo esemplificativo con 121). The device 8 is associated with the aforementioned means for supplying hot reactivation air, generally denoted by 9 and having a plurality of supply lines for this hot air, arranged below the belt 81 and each corresponding to a lateral opening 82 of the relative casing 83 In the present example there are six lines, they are denoted by the numerical references 11-16 respectively and preferably each carry respective means of interdiction and / or regulation of the flow rate (one of which denoted by way of example with 121).
Preferibilmente, l’aria addotta dai mezzi 9 è a temperatura compresa in un intervallo 300-500 °C circa. Preferably, the air supplied by the means 9 is at a temperature comprised within a range of about 300-500 ° C.
Tale aria può essere prelevata dall’ambiente esterno ed essere portata alla temperatura desiderata in un apposito scambiatore, nel presente esempio non illustrato, e poi inviata al dispositivo 8 eventualmente a mezzo di un ventilatore denotato con 10. Preferibilmente, ove possibile l’aria calda occorrente in ingresso al dispositivo 8 viene prelevata dalla linea dell’aria di combustione preriscaldata in uscita dallo scambiatore aria/fumi 102. This air can be taken from the external environment and brought to the desired temperature in a suitable exchanger, in the present example not illustrated, and then sent to the device 8 possibly by means of a fan denoted by 10. Preferably, where possible the hot air required at the inlet to the device 8 is taken from the preheated combustion air line leaving the air / fumes exchanger 102.
La disposizione complessiva è tale che l’aria calda addotta dalle linee 11-16 attraversa trasversalmente lo strato di cenere giacente sul nastro 81 passando tramite le asole dedicate di quest’ultimo e realizzando così un letto fisso o fluido a seconda della velocità di attraversamento dello strato di cenere. The overall arrangement is such that the hot air introduced by the lines 11-16 crosses transversely the layer of ash lying on the belt 81 passing through the dedicated slots of the latter and thus creating a fixed or fluid bed depending on the crossing speed of the belt. ash layer.
L’apparato 1 e/o il dispositivo 8 preferibilmente incorporano un sistema di controllo del tempo di permanenza delle ceneri sul nastro 81. Alternativamente, tale tempo di permanenza è determinato a priori dalla specifica predisposizione delle parti. The apparatus 1 and / or the device 8 preferably incorporate a control system for the residence time of the ashes on the belt 81. Alternatively, this residence time is determined a priori by the specific arrangement of the parts.
Per quanto attiene ai principi generali di funzionamento del dispositivo di riattivazione 8, va notato quanto segue. As regards the general operating principles of the reactivation device 8, the following should be noted.
La tecnologia alla base dell’invenzione è lo sviluppo della combustione attraverso una sequenza di stadi elementari. Nella formulazione più semplice di uno schema cinetico semi-dettagliato della combustione del carbonio, si devono prendere in considerazione i processi elementari relativi alle seguenti reazioni: (i) Cf O2 → C(O) The technology behind the invention is the development of combustion through a sequence of elementary stages. In the simplest formulation of a semi-detailed kinetic scheme of carbon combustion, the elementary processes related to the following reactions must be considered: (i) Cf O2 → C (O)
(reazione di formazione di complessi superficiali ossidati del carbonio per effetto dell’adsorbimento chimico dell’ossigeno atmosferico), (ii) C(O) O2 → CO, CO2 C(O) (reaction of formation of oxidized surface complexes of carbon due to the chemical adsorption of atmospheric oxygen), (ii) C (O) O2 → CO, CO2 C (O)
(reazione di scambio su complessi superficiali ossidati), e (exchange reaction on oxidized surface complexes), e
(iii) C(O) → CO, CO2 Cf (iii) C (O) → CO, CO2 Cf
(reazione di desorbimento degli ossidi superficiali con formazione di CO e CO2). (desorption reaction of surface oxides with the formation of CO and CO2).
Il processo di desorbimento dei complessi superficiali ossidati di cui alla reazione (iii) è lento a temperature moderate, per divenire estremamente veloce a temperature elevate, proprie dei sistemi di combustione a carbone. The desorption process of the oxidized surface complexes referred to in reaction (iii) is slow at moderate temperatures, to become extremely fast at high temperatures, typical of coal combustion systems.
Il trattamento di riattivazione che si svolge nel dispositivo 8 promuove il chemisorbimento dell’ossigeno disponibile nella corrente gassosa da parte del carbonio incombusto, secondo la reazione (i). Tale chemisorbimento, una volta ottenuto, rimane stabile. In tal modo il carbonio incombusto, qualora dovesse ritrovarsi alle condizioni di temperatura tipiche della camera di combustione, brucerebbe con la stessa reattività iniziale, secondo le reazioni (ii) e (iii), per ultimare il processo di ossidazione del carbonio così attivato. The reactivation treatment that takes place in the device 8 promotes the chemisorption of the oxygen available in the gas stream by the unburned carbon, according to reaction (i). Once obtained, this chemisorption remains stable. In this way the unburned carbon, if it were to find itself at the temperature conditions typical of the combustion chamber, would burn with the same initial reactivity, according to reactions (ii) and (iii), to complete the oxidation process of the carbon thus activated.
Pertanto, il concetto alla base dell’invenzione è quello di operare una preossidazione della frazione di ceneri volatili a più elevato contenuto di incombusti, prima della re-immissione in camera di combustione, con la finalità di re-immettere in quest’ultima ceneri contenenti carbonio già largamente ossidato. La pre-ossidazione può avvenire efficacemente con cinetiche relativamente veloci già a temperature dell’ordine dei 300-500°C in un’apparecchiatura dedicata come appunto il dispositivo 8. La re-immissione in caldaia di ceneri così pre-condizionate rende molto più spedita la cinetica di conversione del carbonio in cenere dal momento che si parte da un char più largamente pre-ossidato. Therefore, the concept underlying the invention is to perform a pre-oxidation of the fraction of fly ash with a higher unburnt content, before being reintroduced into the combustion chamber, with the aim of re-entering the latter containing ashes. carbon already largely oxidized. The pre-oxidation can take place effectively with relatively fast kinetics already at temperatures of the order of 300-500 ° C in a dedicated equipment such as device 8. The re-introduction into the boiler of pre-conditioned ashes makes it much faster the kinetics of conversion of carbon into ash since it starts from a more largely pre-oxidized char.
Operando in tal modo si supera quindi la difficoltà di far avvenire in caldaia il processo di formazione di complessi superficiali ossidati del carbonio, difficoltà legata al fatto che i tempi di residenza a disposizione delle ceneri nell’attraversamento della regione di fiamma sono limitatissimi. By operating in this way, the difficulty of causing the formation of oxidized carbon surface complexes to take place in the boiler, a difficulty linked to the fact that the residence times available to the ashes in crossing the flame region are very limited.
Tornando alla descrizione dell’esempio di realizzazione specifico qui considerato, sarà apprezzato che la posizione degli ingressi di aria calda sull’involucro 83 ed il delta di pressione realizzato fra la zona inferiore e superiore al nastro di trasporto 81 permettono il passaggio dell’aria attraverso il nastro stesso e lo strato di cenere, migliorando il contatto aria/cenere ed aumentando l’efficienza di chemisorbimento dell’ossigeno. Returning to the description of the specific embodiment example considered here, it will be appreciated that the position of the hot air inlets on the casing 83 and the pressure delta formed between the lower and upper zone of the conveyor belt 81 allow the passage of air through the belt itself and the ash layer, improving the air / ash contact and increasing the oxygen chemisorption efficiency.
Al dispositivo 8 è anche associato un sistema di estrazione dell’aria di riattivazione che ha attraversato lo strato di cenere sul nastro di trasporto 81. Tale dispositivo di estrazione, complessivamente denotato con 18, può essere a sua volta associato a mezzi di aspirazione 201 previsti su una linea di aspirazione aria 20. Fra i mezzi 18 e la linea 20 può essere interposto un dispositivo di depolverazione 19, eventualmente connesso, per lo smaltimento delle ceneri separate dal flusso d’aria, alla suddetta linea 7 in ingresso al dispositivo 8. The device 8 is also associated with a system for extracting the reactivation air which has passed through the layer of ash on the conveyor belt 81. This extraction device, denoted as a whole with 18, can in turn be associated with suction means 201 provided on an air suction line 20. A dedusting device 19 can be interposed between the means 18 and the line 20, possibly connected, for the disposal of the ashes separated from the air flow, to the aforementioned line 7 entering the device 8.
Anche su ciascuna delle ultime linee qui introdotte, e in particolare la linea 20 e le tratte interposte fra il dispositivo 18 ed il depolveratore 19 e fra questo e la linea 7, possono essere previsti corrispondenti mezzi di interdizione e/o regolazione della portata. Also on each of the last lines introduced here, and in particular the line 20 and the sections interposed between the device 18 and the dust collector 19 and between this and the line 7, corresponding means for blocking and / or regulating the flow rate can be provided.
Dalla linea di aspirazione 20, l’aria estratta può essere addotta al condotto fumi dell’impianto 100 per l’espulsione attraverso il camino, oppure addotta direttamente in atmosfera oppure ancora inviata nella cassa d’aria dell’impianto 100 per l’immissione nella camera di combustione 101. From the suction line 20, the extracted air can be conveyed to the flue pipe of the system 100 for expulsion through the chimney, or conveyed directly into the atmosphere or again sent into the air box of the system 100 for introduction into the combustion chamber 101.
Il dispositivo di riattivazione 8 presenta un punto di scarico principale 85, preferibilmente con tramoggia e disposta in corrispondenza della estremità del nastro 81 a valle del flusso di ceneri, la quale confluisce su di una linea di uscita 21. The reactivation device 8 has a main discharge point 85, preferably with a hopper and arranged at the end of the belt 81 downstream of the ash flow, which flows into an outlet line 21.
La linea 21 può presentare mezzi di interdizione e/o regolazione della portata, ad esempio una rotocella 23 eventualmente raffreddata ad acqua per migliorarne le prestazioni. Infine, la linea di uscita 21 confluisce su una linea di trasporto finale 24 che adduce le ceneri riattivate alla camera di combustione 101, preferibilmente a livello del piano bruciatori intermedio e tipicamente mediante un trasporto pneumatico. Naturalmente, anche quest’ultima linea 24 può recare rispettivi mezzi di interdizione e/o regolazione della relativa portata. La suddetta scelta del punto di immissione delle ceneri riattivate in camera di combustione è dettata dalla necessità di consentire un congruo tempo di permanenza in quest’ultima che consenta di completare l’ossidazione degli incombusti pretrattati, prima del trascinamento operato dai fumi di combustione per le particelle più leggere e prima di cadere per gravità al fondo di caldaia per quelle particelle che sfuggono al trascinamento dei fumi di combustione. The line 21 can have means for blocking and / or regulating the flow rate, for example a rotary valve 23 possibly water-cooled to improve its performance. Finally, the outlet line 21 flows into a final conveyor line 24 which brings the reactivated ashes to the combustion chamber 101, preferably at the level of the intermediate burner level and typically by means of pneumatic transport. Of course, also this last line 24 can carry respective means of interdiction and / or regulation of the relative flow. The aforementioned choice of the point of entry of the reactivated ashes into the combustion chamber is dictated by the need to allow an adequate residence time in the latter that allows to complete the oxidation of the pre-treated unburnt materials, before being dragged by the combustion fumes for the lighter particles and before falling by gravity to the bottom of the boiler for those particles that escape the entrainment of combustion fumes.
La forma di realizzazione della Figura 3 differisce da quella appena descritta per la diversa costruzione del dispositivo di riattivazione, qui denotato con 80. Tale dispositivo 80 comprende un serbatoio-polmone che realizza il suddetto letto fluido o fisso di ceneri tramite la corrente d’aria di riattivazione. Il dispositivo 80 tipicamente opera in discontinuo. Al dispositivo 80 sono associati mezzi di adduzione di aria calda di riattivazione 9 ed eventuali mezzi che realizzano la necessaria forza spingente, ad esempio ventilatori prementi 10, per l’ingresso di tale aria, del tutto analoghi a quelli già illustrati. The embodiment of Figure 3 differs from the one just described for the different construction of the reactivation device, denoted here with 80. This device 80 comprises a reservoir-lung which forms the aforementioned fluid or fixed bed of ashes by means of the air stream reactivation. The device 80 typically operates in discontinuous mode. The device 80 is associated with means for the supply of hot reactivation air 9 and any means which produce the necessary pushing force, for example pressure fans 10, for the entry of such air, which are completely similar to those already illustrated.
Il dispositivo 80 prevede una uscita aria superiore in comunicazione con un eventuale dispositivo depolveratore 19, secondo modalità sostanzialmente analoghe a quelle già descritte con riferimento alla prima forma di realizzazione. Il dispositivo 80 prevede inoltre una uscita ceneri inferiore su una linea di uscita 211 analoga alla linea 21 già descritta. The device 80 provides an upper air outlet in communication with a possible dedusting device 19, according to methods substantially similar to those already described with reference to the first embodiment. The device 80 also provides a lower ash outlet on an outlet line 211 similar to the line 21 already described.
La forma di realizzazione di Figura 2 differisce invece da quella di Figura 1 per la presenza di un dispositivo classificatore/separatore 25 interposto fra il dispositivo 5 già introdotto e l’ingresso al dispositivo di riattivazione 8 ed a valle del quale confluisce l’uscita polveri del dispositivo depolveratore 19 già introdotto. The embodiment of Figure 2, on the other hand, differs from that of Figure 1 due to the presence of a classifier / separator device 25 interposed between the device 5 already introduced and the inlet to the reactivation device 8 and downstream of which the dust outlet flows of the dedusting device 19 already introduced.
Il dispositivo separatore 25 è associato ad un linea di uscita ceneri a basso tenore di incombusti 26, eventualmente dotata di mezzi di regolazione/interdizione della relativa portata e preferibilmente collegata con la linea di trasporto principale 108 dell’impianto 100. The separator device 25 is associated with an ash outlet line with a low unburned content 26, possibly equipped with means of regulation / disabling of the relative flow rate and preferably connected to the main transport line 108 of the plant 100.
La presenza del dispositivo separatore 25 è particolarmente importante anche quando l’impianto principale 100 presenta un sistema di filtrazione di tipo meccanico, ad esempio un filtro a maniche, anziché un precipitatore elettrostatico. The presence of the separator device 25 is particularly important even when the main plant 100 has a mechanical filtration system, for example a bag filter, instead of an electrostatic precipitator.
Infatti, come già ricordato sopra, è noto che nei precipitatori elettrostatici può già determinarsi una selezione delle ceneri a più alto tenore di incombusti che si ritrovano negli ultimi campi rispetto al senso di marcia dei fumi, essendo la resistività delle ceneri proporzionale alla percentuale di incombusti contenuta. Nei filtri dove la captazione avviene invece meccanicamente, questa separazione non si ritrova e gli incombusti risultano diluiti sulla portata totale di cenere captata. In caso di sistemi di filtrazione meccanici risulta quindi consigliabile prevedere una fase di concentrazione della frazione di cenere più elevata di incombusti. In tal modo diminuisce la portata di cenere da riattivare in corrispondenza ad una percentuale maggiore di incombusti, consentendo di ottimizzare il dimensionamento del sistema di riattivazione e ricircolo in caldaia. A tale diversa configurazione di impianto si riferisce la Figura 4, in cui tale filtro a maniche è denotato con 109. In tal caso, è prevista una adduzione di ceneri da ciascuno degli stadi di uscita del filtro a maniche 109 stesso, che nell’esempio rappresentato sono quattro e denotati con i riferimenti rispettivamente 110-113. Sempre nell’esempio rappresentato, sono quindi previste quattro linee di prelievo dedicate, denotate rispettivamente con i riferimenti 30-33. In fact, as already mentioned above, it is known that in electrostatic precipitators a selection of the ashes with a higher unburnt content can already be determined, which are found in the last fields with respect to the direction of movement of the fumes, since the resistivity of the ashes is proportional to the percentage of unburnt contained. In filters where the collection takes place mechanically, this separation is not found and the unburned products are diluted on the total flow of ash collected. In the case of mechanical filtration systems it is therefore advisable to envisage a phase of concentration of the higher unburnt ash fraction. In this way the flow of ash to be reactivated decreases in correspondence with a higher percentage of unburnt products, allowing to optimize the sizing of the reactivation and recirculation system in the boiler. Figure 4 refers to this different configuration of the plant, in which this bag filter is denoted by 109. In this case, an ash supply is provided from each of the output stages of the bag filter 109 itself, which in the example represented are four and denoted with the references 110-113 respectively. Again in the example shown, there are therefore four dedicated withdrawal lines, respectively denoted with references 30-33.
Il dispositivo 25 opera una opportuna classificazione della cenere a più elevato contenuto di incombusti, per evitare il trattamento di notevoli portate di cenere leggera. Tale dispositivo 25 può essere di tipo triboelettrico, aeraulico o equivalente che permette di selezionare il flusso di cenere da riattivare, separandolo da quello da inviare al silo di stoccaggio 107. The device 25 carries out a suitable classification of the ash with a higher unburnt content, to avoid the treatment of considerable flow rates of light ash. This device 25 can be of the triboelectric, aeraulic or equivalent type which allows to select the flow of ash to be reactivated, separating it from that to be sent to the storage silo 107.
Come già accennato in precedenza, in tutte le forme di realizzazione qui considerate potrà essere previsto un sistema di regolazione e controllo, in grado di assicurare lo svolgimento in automatico delle operazioni. As already mentioned previously, in all the embodiments considered here, a regulation and control system can be provided, capable of ensuring the automatic execution of the operations.
Sarà quindi apprezzato meglio a questo punto che l’invenzione fornisce, secondo le forme di realizzazione sopra illustrate, un apparato di recupero, riattivazione e ricircolo in camera di combustione delle ceneri leggere captate dal sistema di trattamento fumi. It will therefore be better appreciated at this point that the invention provides, according to the embodiments illustrated above, an apparatus for recovery, reactivation and recirculation in the combustion chamber of the fly ash captured by the fumes treatment system.
Sarà apprezzato che, essendo la portata d’aria di riattivazione paragonabile alla portata di cenere da trattare e comunque esigua, sia la scelta di come gestire l’aria di riattivazione a valle di quest’ultima sia da dove prelevarla dipende esclusivamente da esigenze di snellezza d’impianto. Inoltre, grazie alle esigue quantità di ossigeno necessarie alla riattivazione degli incombusti, la corrente d’aria di riattivazione può anche essere viziata e con cascami termici di risulta dal processo, il che rende l’applicazione proposta poco onerosa in termini di investimenti e costi di esercizio aggiuntivi. It will be appreciated that, since the reactivation air flow rate is comparable to the ash flow rate to be treated and in any case small, both the choice of how to manage the reactivation air downstream of the latter and where to take it from depends exclusively on slimness requirements. of plant. Furthermore, thanks to the small quantities of oxygen necessary for the reactivation of the unburnt materials, the reactivation air stream can also be spoiled and with thermal waste resulting from the process, which makes the proposed application inexpensive in terms of investments and costs of additional exercise.
Sarà anche compreso che la riattivazione delle ceneri non necessariamente avviene mediante estrazione di esse dal sistema di filtrazione dei fumi di combustione, bensì in principio in qualsiasi stadio successivo alla loro estrazione dall’ambiente di combustione e prima dell’eventuale re-introduzione in questo per il completamento della combustione, come ad esempio a valle del silo di raccolta delle ceneri leggere. It will also be understood that the reactivation of the ashes does not necessarily take place by extracting them from the combustion fumes filtration system, but in principle at any stage subsequent to their extraction from the combustion environment and before any re-introduction into this for completion of combustion, such as downstream of the fly ash collection silo.
Inoltre, il trasporto delle ceneri può anche essere di tipo meccanico anziché pneumatico, ad esempio può essere previsto un trasporto meccanico delle ceneri sia in uscita dai sistemi di trattamento dei fumi e parzialmente fino alla camera di combustione. Furthermore, the transport of the ashes can also be of the mechanical type rather than pneumatic, for example a mechanical transport of the ashes can be provided both outgoing from the smoke treatment systems and partially up to the combustion chamber.
Sarà infine compreso che l’invenzione ha anche ad oggetto un metodo di riattivazione preferibilmente implementato corrispondentemente alle modalità operative dell’apparato e dell’impianto sopra descritti e definito nelle rivendicazioni che seguono. Finally, it will be understood that the invention also relates to a reactivation method preferably implemented corresponding to the operating modes of the apparatus and system described above and defined in the following claims.
La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, come definito dall’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate. The present invention has been described up to now with reference to preferred embodiments. It is to be understood that there may be other embodiments that pertain to the same inventive core, as defined by the scope of the claims set out below.
Claims (34)
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- 2010-06-04 AR ARP100101981 patent/AR079392A1/en unknown
Patent Citations (3)
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