PL166867B1 - Method of combusting combustible solid wastes from chemical plants and furnace therefor - Google Patents

Abstract

1.Sposób spalania palnych odpadów stalych z zakladu wytwarzajacego kwas tereftalowy, w któ- rym zawiesine w oleju palnych odpadów stalych z zakladu produkujacego kwas tereftalowy dopro- wadza sie do palnika pieca do spalania, zawieraja- cego glówna komore spalania, majaca palnik w swoim sklepieniu, druga komore spalania w dolnej czesci glównej komory spalania, kanal gazu spali- nowego umieszczony ponizej i nastepujacy po dru- giej komorze spalania oraz trzecia komore spalania za kanalem gazu spalinowego i drugi kanal gazu spalinowego podlaczony do trzeciej komory spala- nia i spala sie te odpady w glównej komorze spala- nia, znamienny tym, ze stosuje sie ilosc oleju wynoszaca przynajmniej 0,5 czesci wagowych na czesc wagowa palnych odpadów stalych z zakladu wytwarzajacego kwas tereftalowy, zas gaz spali- nowy wprowadza sie do drugiej komory spalania i pozostawia sie go tam w temperaturze 1073 do 1273 K. Fig. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i piec do spalania palnych odpadów stałych z zakładu wytwarzającego kwas tereftalowy, i równocześnie ogrzewania medium grzejnego stosowanego do podgrzewania płynu technologicznego w maszynach lub urządzeniach w zakładzie poprzez wykorzystanie ciepła spalania.

Odpad wyładowywany z zakładu produkującego kwas tereftalowy zawiera kwas tereftalowy, kwas izoftalowy, kwas benzoesowy, kwas p-toluilowy, wysokowrzące związki produktu pośredniego i zużyty katalizator. Odpady te są stałe w temperaturze pokojowej oraz są palne (będą dalej określane jako palne odpady stałe). W zakładzie przemysłowym odpady te spalano dotychczas w osobnym piecu do spopielania odpadków. Przykładowo zastosowany jest piec do spopielania, pokazany na fig. 3, w którym do pomocniczego palnika 21 jest doprowadzany ciężki olej lub paliwo gazowe dla ogrzewania pieca 22 do wysokiej temperatury. W międzyczasie wlotem 24 wsadu odpadowego są podawane palne odpady stałe do topniska23, gdzie ulegają spaleniu (metodą spalania topniskowego). W innym sposobie, wodna zawiesina palnego odpadu stałego jest podawana do dyszy natryskowej 25 poprzez rurę zawiesinową 30 jak pokazano na fig. 4. Wnętrze pieca 22 jest ogrzewane do wysokiej temperatury za pomocą dodatkowego palnika 21. Palne

166 867 3 odpady stałe są rozproszone w piecu 22 za pomocą dyszy i spalone (na fig. 3 i 4 jako G oznaczono spaliny odpadowe).

W opisanych powyżej znanych sposobach, konieczne jest zastosowanie ciężkiego oleju lub paliwa gazowego w rodzaju gazu płynnego dla całkowitego spalenia palnych odpadów stałych. Stanowi to dodatkową stratę energii w zakładzie i jest nieekonomiczne.

Z drugiej strony, w zakładzie wytwarzającym kwas tereftalowy znajduje się piec 26 ogrzewany za pomocą medium grzejnego, oddzielny względem pieca do spopielania odpadów pokazanego na fig. 5, do ogrzewania maszyn lub urządzeń, które pracują w sposób ciągły. Zwykle jako paliwo jest stosowany ciężki olej lub paliwo gazowe w rodzaju gazu płynnego, podawane do palnika 34 pieca 26 z medium grzejnym poprzez rurę paliwową 33.

Na figurze 5, medium grzejne jest doprowadzane wlotem 31 i ulega podgrzaniu. Następnie wychodzi wylotem 32 medium grzejnego i jest wprowadzone w obieg dla utrzymywania maszyn lub urządzeń w stanie ciepłym. Odpadowy gaz spalinowy G jest odprowadzany kominem 35.

W piecu do spopielania pokazanym na fig. 3 popiół na topnisku 23 jest trudny do usunięcia i występują kłopoty związane ze zniszczeniem cegieł topniska lub odlewanego płaszcza w wyniku topnienia popiołu z cegieł lub odlewu. W piecu do spopielania z fig. 4 jest potrzebna dodatkowa energia termiczna ze względu na utajone ciepło odparowania wody z wodnej zawiesiny wsadu palnych odpadów stałych. Ponadto cegły lub odlew płaszcza 36 ściany bocznej pieca są szybko schładzane strumieniem wody lub ogrzewane pomocniczym palnikiem 21 dla wywołania zmiany temperatury w powierzchni ściany pieca. Powoduje to uszkodzenie powierzchni ściany.

Jeżeli próbuje się efektywnie wykorzystać palne odpady stałe przez wprowadzanie odpadów w postaci wodnej zawiesiny lub zawiesiny olejowej do sekcji promiennika 27, która stanowi komorę spalania konwencjonalnego pieca 26 medium grzejnego i spalanie ich, wówczas niespalone odpady i zużyty katalizator w osadzie odpadowym na powierzchni topniska w tym samym czasie przylegają w postaci pyłu do sekcji odbierania ciepła, znajdującej się w górnej części sekcji promiennika 27, tj. do rury grzejnej 29 sekcji konwekcyjnej 28. Wskutek tego w krótkim okresie czasu przylegający pył zmniejsza zdolność konwekcji ciepła sekcji konwekcyjnej 28 i po pewnym czasie musi ulec zmniejszeniu szybkość przepływu gazu spalinowego z powodu wzrostu spadku ciśnienia w wyniku zanieczyszczenia rury konwekcyjnej 29. W konsekwencji piec 26 medium grzejnego powinien być okresowo wyłączany i czyszczony. W szczególności, w tego rodzaju piecu grzejnym nie można zastosować drugiej komory spalania ze względu na jej budowę, a ponadto z tego względu, że przy zastosowaniu rury grzejnej 30 w ścianie bocznej sekcji promiennika 27, będącej komorą spalania, temperatura wnętrza pieca jest obniżona do temperatury tej części i mogą pozostać niespalone odpady.

Z drugiej strony, jeżeli w piecu do spalania, pokazanym na fig. 4 zostanie zastosowany zamiast wody olej w rodzaju oleju ciężkiego jako medium przenoszące i rozpylające odpady, wówczas ilość ciepła dodaje się do ilości ciepła pochodzącej ze spalania palnych odpadów i temperatura wnętrza pieca staje się nadzwyczaj wysoka. Powoduje to uszkodzenie materiału ogniotrwałego ściany pieca i wyłączenie pieca z działania.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do spalania palnych odpadów stałych z zakładu chemicznego, bez wad znanego sposobu i urządzenia do spalania, opisanych powyżej odpadów.

Następnym celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do spalania palnych odpadów stałych odprowadzanych z zakładu chemicznego, zwłaszcza z zakładu wytwarzającego kwas tereftalowy i wykorzystywania ciepła pochodzącego z tego spalania do ogrzewania medium grzejnego, stosowanego do ogrzewania płynu technologicznego w maszynach lub urządzeniach pracujących w tym zakładzie.

Sposób spalania palnych odpadów stałych z zakładu chemicznego według wynalazku charakteryzuje się tym, że doprowadza się zawiesinę palnych odpadów stałych w oleju, przy czym ilość oleju wynosi przynajmniej 0,5 części wagowych na część wagową palnego odpadu stałego, do palnika pieca do spalania zawierającego główną komorę spalania mającą palnik w swoim sklepieniu, drugą komorę spalania w dolnej części głównej komory spalania oraz kanał gazu spalinowego umieszczony poniżej i następujący po drugiej komorze spalania, spala się odpady w głównej komorze spalania, wprowadza gaz spalinowy do drugiej komory spalania i pozostawia się go w temperaturze 1073 do 1273 K przez przynajmniej 0,5 sekundy.

166 867

Piec do spalania palnych odpadów stałych z zakładu chemicznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada główną komorę spalania mającą w swym sklepieniu palnik oraz rurę grzejną umieszczoną prostopadle wzdłuż powierzchni ściany bocznej, a ponadto drugą komorę spalania w dolnej części głównej komory spalania, kanał gazu spalinowego poniżej drugiej komory spalania oraz komorę zbiornikową palących się odpadów, znajdującą się na spodzie drugiej komory spalania.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku ilustrujący budowę pieca medium grzejnego według wynalazku, w którym jako paliwo są zastosowane palne odpady stałe, fig. 2-widok z boku ilustrujący schemat ogrzewania z fig. 1, fig. 3 i4-widoki z boku znanych pieców do spopielania dla spalania palnych odpadów stałych, a fig. 5 - widok z boku znanego pieca do medium grzejnego.

Na figurze 1 pokazano widok z boku pieca do spalania palnych odpadów stałych, powstających jako produkty pośrednie podczas reakcji wytwarzania kwasu tereftalowego w zakładzie chemicznym. Na fig. 2 pokazano widok z boku ilustrujący zasadę przepływu gazu spalinowego.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 1, piec do spalania posiada główną komorę spalania 1 mającą przy sklepieniu 10 palnik 13, drugą komorę spalania 2 w dolnej części głównej komory spalania 1 i kanał gazu odlotowego 5 poniżej drugiej komory spalania 2 i następujący po niej. Na dnie drugiej komory spalania 2 znajduje się komora zbiornikowa 3 spalanych odpadów przeznaczona do gromadzenia palących się odpadów stałych takich, jak zużyty katalizator i popiół. Odpady te są okresowo odprowadzane otworem wyładowczym 4 z pieca.

W ścianie bocznej 11 głównej komory spalania 1 znajduje się rura grzejna 15, usytuowana pionowo wzdłuż ściany bocznej 11, korzystnie dla ochrony ściany bocznej i dla regulowania temperatury wnętrza komory spalania 1 i temperatury gazu spalinowego wprowadzanego do drugiej komory spalania 2. Ponieważ rura grzejna 15 jest usytuowana pionowo, zatem popiół i inne przylegające cząstki samorzutnie spadają w dół. Rura grzejna 15 może być zaprojektowana i umieszczona tak, aby dogodnie spełniała wyznaczoną funkcję.

Korzystnie, druga komora spalania 2 ma kształt stożkowy 2 lub ostrosłupowy jak pokazano dla ułatwienia spadania odpadów w postaci popiołu do komory zbiornikowej 3. Przykładowe oleje stosowane do otrzymywania zawiesiny palnych odpadów lotnych stanowią lekki olej, ciężki olej i olej krakowy, uzyskiwana jako produkty pośrednie w zakładzie produkującym olefiny. Szczególnie zalecany jest ciężki olej C. Dla całkowitego spalenia odpadów i uniknięcia zatkania palnika 13, palne odpady stałe przed rozproszeniem w oleju są korzystnie proszkowane na rozmiar sita nr 10, a zwłaszcza na rozmiar sita nr 40 do 60.

Stosunek oleju zmieszanego z odpowiednią porcją sproszkowanego palnego odpadu stałego wynosi przynajmniej 0,5 części wagowych, a korzystnie przynajmniej 1,0 część wagową na część wagową sproszkowanego, palnego odpadu stałego.

Zawiesina oleju i palnego odpadu stałego jest podawana rurą 14 do palnika 13 otwartego do głównej komory spalania 1 i tam spalana. Medium grzejne w rurze grzejnej 15 jest ogrzewane za pomocą ciepła promieniowania pochodzącego z tego spalania. Z drugiej strony, przez kontrolowanie temperatury i/lub szybkości przepływu medium grzejnego płynącego rurą grzejną 15 oraz szybkości doprowadzania zawiesiny olejowej do palnika, temperatura w głównej komorze spalania 1 oznaczona jako A na fig. 2 jest tak regulowana, aby temperatura gazu spalinowego w drugiej komorze spalania, oznaczona jako B, wynosiła około 1073 do około 1273 K, a korzystnie około 1123 do około 1253 K.

Wprowadzenie gazu spalinowego pochodzącego ze spalania zawiesiny oleju w głównej komorze spalania 1 do drugiej komory spalania 2, tj. przepływ gazu spalinowego pokazanego strzałką na fig. 2, może być łatwo realizowane przykładowo poprzez zasysanie go za pomocą wentylatora wyciągowego 8, umieszczonego w zakończeniu drugiego kanału gazu odlotowego 7, a zassany gaz odlotowy może być wyprowadzany kominem 9.

Korzystnie, czas przebywania gazu spalinowego w drugiej komorze spalania 2 jest ustawiany na przynajmniej 0,5 sekundy, a korzystnie 0,5 do 1,0 sekundy.

Gaz spalinowy zarysowany przez kanał odlotowy 5 może być wyprowadzany poprzez wentylator wyciągowy i komin. Korzystnie, w razie potrzeby dla całkowitego spalenia odpadów, które mogły pozostać niespalone w gazie spalinowym, można zastosować trzecią komorę spalania 6

166 867 5 pomiędzy kanałem odlotowym 5 a wentylatorem wyciągowym 8 tak, że gaz spalinowy może być wyprowadzony z drugiego kanału gazu odlotowego 7 przez trzecią komorę spalania 6.

Czas przebywania gazu spalinowego w trzeciej komorze spalania 6 oznaczonej jako D na fig. 2 wynosi odpowiednio przynajmniej 0,5 sekundy, a korzystnie 0,5 do 1 sekundy.

Korzystnie, trzecia komora spalania 6 jest usytuowana pionowo jak pokazano, a drugi kanał gazu odlotowego 7 jest podłączony do przewężenia trzeciej komory spalania 6 tak, że pył lub popiół może łatwo spadać samorzutnie wskutek sił ciężkości. W wyniku powstaje pionowy kanał pomiędzy trzecią komorą spalania 6 oznakowaną jako D i drugim kanałem gazu odlotowego 7 oznaczonym jako E. Na spodzie trzeciej komory spalania 6 znajduje się komora zbiornikowa 3 pyłu lub popiołu, które mogą być okresowo wyładowywane kanałem 4.

Ponadto, w trzeciej komorze spalania 6 może znajdować się rura grzejna 16 prowadząca z rury wlotowej 17 medium grzejnego, podgrzewacz wstępny medium grzejnego lub kocioł na ciepło odpadkowe dla uzyskiwania ciepła.

Rura grzejna 16 w trzeciej komorze spalania 16 może być podłączona do rury grzejnej 15 w głównej komorze spalania 1 za pomocą rury obejściowej 18, jak pokazano. Medium grzejne, ogrzewane za pomocą ciepła spalania zawiesiny olejowej palnych odpadów stałych, może być odciągane z rury wylotowej 19 i może być wykorzystane do utrzymywania temperatury maszyn lub urządzeń pracujących w zakładzie lub do ogrzewania w kotle wody lub innego medium grzejnego.

Czas przebywania gazu spalinowego w drugim kanale gazu odlotowego 7 pokazanego jako E na fig. 2 nie jest wcale ograniczony i jest uzależniony od długości kanału i jego średnicy lub od temperatury gazu spalinowego.

W opisanym powyżej rozwiązaniu zalecanym, gaz spalinowy jest wprowadzany z kanału gazu odlotowego 5 do trzeciej komory spalania 6. W trzeciej komorze spalania 6 gaz spalinowy jest całkowicie spalony, a rozproszony popiół zostaje wychwycony. Następnie popiół zostaje wyładowany z komory zbiornikowej popiołu 3 w drugiej komorze spalania 2 przez otwór 4 do odprowadzania popiołu.

Gaz spalinowy jest chłodzony za pomocą ciepła wymienianego z medium grzejnym w rurze grzejnej 16 w drugiej komorze spalania, zasysany przez wentylator wyciągowy 8 poprzez drugi kanał gazu odlotowego 7 i wyprowadzany kominem 9.

Ilość pyłu w wyprowadzanym z komina 9 gazie odlotowym może być zredukowana do 100 mg -150 mg/Nm³ (gaz wyprowadzony) w wyniku stosowania wynalazku. Dla kontroli zanieczyszczenia nie ma potrzeby stosowania dodatkowego urządzenia odpylającego w rodzaju elektrycznego urządzenia wytrącającego pył.

Jak opisano powyżej, według sposobu spalania i przy zastosowaniu pieca do spalania według wynalazku, przy wykorzystaniu jako paliwo palnych odpadów stałych, ilość ciepła spalania odpadów stałych może być efektywnie wykorzystana i można oszczędzić paliwo stosowane w takim zakładzie. Przykładowo, w zakładzie wytwarzającym kwas tetraftalowy można oszczędzić około 12% ciężkiego oleju. Ponadto nie ma potrzeby stosowania paliwa do niezależnego urządzenia spopielającego.

Według wynalazku, materiał ogniotrwały powierzchni ściany pieca nie jest przegrzewany miejscowo, jak dzieje się w przypadku konwencjonalnego urządzenia do spopielania. Ponadto można uniknąć uszkodzenia ogniotrwałej ściany w wyniku szybkiego ogrzania i ochłodzenia konwencjonalnym sposobem natryskiwania z zastosowaniem wodnej zawiesiny palnych odpadów stałych przez zastosowanie według wynalazku rury grzejnej przystosowanej do ogrzewania przez medium grzejne.

Ponadto, szybkość spalania zawiesiny olejowej stałego odpadu jest większa niż w przypadku konwencjonalnego spalania zawiesiny wodnej i można przeprowadzać całkowite spalanie odpadów w przeciągu krótkiego okresu czasu.

Ponieważ przez regulowanie ilości oleju w zawiesinie na przynajmniej 0,5 części wagowych, a korzystnie przynajmniej 1 część wagową na część wagową odpadu stałego można spalić odpad stały w obrębie płomienia palnika, zatem niespalony odpad popiołu mocno przywiera do rury grzejnej.

Ponadto, niespalony odpad jest utrzymywany w temperaturze 1073 do 1273K i może być całkowicie spalony w drugiej komorze spalania, w której czas przebywania gazu spalinowego jest ustawiany na przynajmniej 0,5 sekundy.

166 867

Popiół i inne odpady można wyładowywać z komory zbiornikowej popiołu i otwór wyładowczy w dolnej części drugiej komory spalania bez przestoju.

Jak stwierdzono powyżej, piec ogrzewający medium grzejne i urządzenie do spopielania odpadów stałych, stanowiące w stanie techniki jednostki oddzielne, można według wynalazku połączyć w jedną całość. Procedura robocza staje się łatwiejsza a zarazem można znacznie zmniejszyć koszty inwestycyjne i koszty robocze.

Przykład . Do urządzenia zawierającego pierwszą komorę spalania mającą objętość 195 m³, drugą komorę spalania mającą objętość 25 m³ i trzecią komorę spalania mającą objętość 19,4 m3 doprowadzano rurą 14 (na fig. 2) zawiesinę (1700kg/godz.), składającą się z 20,6% wagowo kwasu tereftalowego i innego materiału organicznego, 8,8% wagowo wody i 70,6% wagowo ciężkiego oleju C z prędkością 0,41 m/sek, w temperaturze 373 K i o ciśnieniu 0,5 MPa G. Jednocześnie do palnika doprowadzano 18379 Nm³/godz. palnego powietrza i 600 kg/godz. rozpylonej pary wodnej. W drugiej komorze spalania następowało stabilne spalanie w temperaturze 1173K i przy podciśnieniu 266 Pa przy czasie przebywania wynoszącym 1,0 sekundę. Trzecia komora spalania pracowała przy czasie przebywania wynoszącym 0,83 sekundy. W wyniku powyższego stabilnego spalania mogła zajść wymiana 13,6X 10⁶kcal/godz. ciepła przy użyciu około 610ton/godz. medium grzejnego.

Fig. 3

F

Fig. 4

Fig. 5

G f

Fig. I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,(00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spalania palnych odpadów stałych z zakładu wytwarzającego kwas tereftalowy, w którym zawiesinę w oleju palnych odpadów stałych z zakładu produkującego kwas tereftalowy doprowadza się do palnika pieca do spalania, zawierającego główną komorę spalania, mającą palnik w swoim sklepieniu, drugą komorę spalania w dolnej części głównej komory spalania, kanał gazu spalinowego umieszczony poniżej i następujący po drugiej komorze spalania oraz trzecią komorę spalania za kanałem gazu spalinowego i drugi kanał gazu spalinowego podłączony do trzeciej komory spalania i spala się te odpady w głównej komorze spalania, znamienny tym, że stosuje się ilość oleju wynoszącą przynajmniej 0,5 części wagowych na część wagową palnych odpadów stałych z zakładu wytwarzającego kwas tereftalowy, zaś gaz spalinowy wprowadza się do drugiej komory spalania i pozostawia się go tam w temperaturze 1073 do 1273 K.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz spalinowy w drugiej komorze spalania utrzymuje się w temperaturze 1123 do 1253 K.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz spalinowy pozostawia się w drugiej komorze przez przynajmniej 0,5 do 1,0 sekundy.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zawiesinę zawierającą przynajmniej 1 część wagową oleju na część wagową odpadów stałych.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz spalinowy prowadzi się z drugiej komory spalania do trzeciej komory spalania i pozostawia się go w niej przez przynajmniej 0,5 sekundy.
6. 6. Piec do spalania palnych odpadów stałych z zakładu wytwarzającego kwas tereftalowy, zawierający główną komorę spalania mającą w swym sklepieniu palnik oraz rurę grzejną, umieszczoną pionowo wzdłuż ściany bocznej, drugą komorę spalania znajdującą się w dolnej części głównej komory spalania, kanał gazu odlotowego poniżej drugiej komory spalania, komorę zbiornikową palących się odpadów, znajdującą się na spodzie pieca, zaś za kanałem gazu odlotowego znajduje się trzecia komora spalania wyposażona w rury grzejne, do której jest podłączony drugi kanał gazu odlotowego, znamienny tym, że rury grzejne (15) głównej komory spalania (1) są umieszczone pionowo wzdłuż ściany bocznej (11) głównej komory spalania (1) i są połączone z rurami grzejnymi (16) w trzeciej komorze spalania (6) za pomocą rury obejściowej (18).