PL176676B1 - Sposób i piec do termicznej obróbki odpadów - Google Patents

Abstract

1 . Pi ec przeznaczony do obróbki termicznej, w szczególnosci pirolizy, odpadów zawierajacych zasadni- czo cylindryczna wneke na przetwarzane odpady, obra- cajaca sie wokól swej osi wzdluznej, komore spalania umieszczona wokól wspomnianej wneki, oraz zespoly do wprowadzania paliwa i utleniacza do wspomnianej komo- ry, znamienny tym, ze zespoly (9a, 9b, 15) do wprowa- dzania paliwa i utleniacza sa skierowane stycznie do sciany komory spalania (12) w taki sposób, ze jeden lub wiecej plomienie rozprzestrzeniaja sie w sposób srubowy wokól wneki (1) zawierajacej odpady, oraz tym, ze ze- spoly (9a, 9b, 15) do wprowadzania paliwa i utleniacza sa rózne i sa rozstawione na dlugosci wneki (1 ) w celu realizacji spalania stopniowego w komorze spalania (12). 9. Sposób termicznej obróbki odpadów obej- mujacy pirolize odpadów w zasadniczo cylindrycznej wnece, która obraca sie wokól swej osi wzdluznej, o- grzewanie wneki przez zespoly w komorze spalania otaczajacej wneke, znamienny tym, ze paliwo i utleniacz wprowadza sie do komory spalania (12) stycznie do sciany wewnetrznej komory spalania (12). FIG.2 F IG .3 ( 5 4 ) Sposób i piec do termicznej obróbki odpadów (51) IntCl6: F23G 5/027 F23G 7/00 B09B 3/00 ( 1 2 ) OPIS PATENTOWY ( 1 9 ) PL ( 1 1 ) 176676 (1 3 ) B1 PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i pieca do termicznej obróbki odpadów, a w szczególności pirolizy materiałów stałych, głównie odpadów przemysłowych i/lub gospodarskich.

176 676

Obróbka termiczna odpadów, a w szczególności piroliza, jest technologią coraz częściej stosowaną ponieważ oferuje liczne zalety w porównaniu z innymi technologiami, takimi jak składowanie na hałdach, zgniatanie lub obróbki zwane „wilgotnościowymi”, to znaczy zawierające przynajmniej jeden etap wypłukiwania części stałych.

Jednakże, obróbka termiczna posiada pewne niedogodności: wymaga dostarczania dużej energii ponieważ materiały stałe powinny być trzymane w temperaturze mogącej przekroczyć 1000°C; stąd wysokie koszty pracy. Często niejednorodna struktura odpadów wymaga elastyczności w pracy często niemożliwej do uzyskania z powodu bezwładności termicznej instalacji, oraz wymaga zastosowania zespołów nadzorujących wydzielanie się chloru. Trujące odpady takie jak tlenki siarki powstałe w czasie pirolizy powinny być kontrolowane i dezaktywowane ponieważ są one szkodliwe dla środowiska, a coraz surowsze normy powodują, że są one coraz większym problemem.

Powstały różne technologie zmierzające do rozwiązania powyższych problemów.

Tak więc w opisie FR 2 668 774 opisano instalację zawierającą obrotowy piec do pirolizy podgrzewany z zewnątrz i posiadający specjalny zespół do przechwytywania trujących produktów powstających w czasie pirolizy.

W opisie EN 94/06660 przedstawiono piec obrotowy do pirolizy zawierający zespoły do ogrzewania umieszczone wewnątrz tego pieca w celu zmniejszenia poboru energii i inercji termicznej pieca.

Niniejszy wynalazek prezentuje ulepszenia do tego typu instalacji, które przewidują: możliwość użycia gazu pirolizy bez szczególnej obróbki, to znaczy z gudronami i innymi cząstkami jeśli są one w ograniczonej ilości, do ogrzewania obrotowego cylindra w sposób bezpośredni; urządzenie do spalania, które może zmniejszyć emisje NOx dzięki dodawaniu utleniaczy i/lub substancji palnych; możliwość uzupełnienia procesu obróbki o fazę osuszania, gdzie dechloryzacja gazu pirolizy rozpoczęła się wcześniej w obrotowym cylindrze.

Niniejszy wynalazek w szczególności umożliwia rozwiązanie problemów z zanieczyszczaniem przewodów odprowadzających gazy pirolizy.

Wyżej wymienione cele zostały osiągnięte dzięki niniejszemu wynalazkowi, który dotyczy pieca przeznaczonego do termicznej obróbki odpadów, zawierającego zasadniczo cylindryczną wnękę dla przetwarzanych odpadów obracający. się wokół swej osi wzdłużnej, komorę spalania umieszczoną wokół wspomnianej wnęki, oraz zespoły przeznaczone do wprowadzania paliwa i utleniacza do wspomnianej komory.

Zgodnie z wynalazkiem, zespoły do wprowadzania paliwa i utleniacza są skierowane stycznie do ściany wspomnianej komory spalania w taki sposób, że płomień lub płomienie tworzą się w sposób śrubowy wokół wspomnianej wnęki zawierającej odpady.

Korzystne jest, gdy zespoły do wprowadzania paliwa i/lub utleniacza są różne i są wzdłużnie rozstawione we wnęce w celu realizacji spalania we wspomnianej komorze spalania.

W szczególności piec zawiera poza tym jedno wyjście dla gazów pirolizy połączone z przewodem przeznaczonym do odprowadzania tych gazów w stronę zespołów wprowadzania paliwa do wspomnianej komory spalania. Ponadto piec ma przewód do odprowadzania gazów pirolizy, który zawiera zespół do wprowadzania absorbentu i zespół do oddzielania gazu od cząstek stałych, które krążą w tym przewodzie. Zespół do wprowadzania absorbentu współpracuje z zespołem takim jak dysza Venturiego, który posiada przekrój o zmiennej wielkości w celu zwiększenia prędkości przepływu ośrodka, który przez niego przepływa, oraz zwiększenia intensywności mieszania pozostałych gazów.

Zgodnie z wynalazkiem, obrotowy piec może zawierać poza tym zespoły przeznaczone do utrzymywania wewnątrz komory spalania ciśnienia zasadniczo równego ciśnieniu atmosferycznemu.

Zespoły do utrzymywania ciśnienia zawierają zespół do ekstrakcji spalin, zawór zasuwowy kontrolujący natężenie przepływu nadzorowane przez czujnik ciśnienia umieszczony wewnątrz wspomnianej komory spalania.

Korzystne jest gdy obrotowa wnęka współpracuje z pierwszym zamocowanym nieruchomo zespołem przez który wprowadzane są odpady, oraz z drugim zamocowanym nieru4

176 676 chomo,.zespołem przez który odprowadza się przetworzone odpady, przy czym przewód do odprowadzania -gazów pirolizy na zewnątrz obrotowego pieca jest otwarty w zamocowanej nieruchomo części pieca.

Wynalazek dotyczy ponadto sposobu obróbki termicznej odpadów obejmującego pirolizę, odpadów w zasadniczo cylindrycznej wnęce, która obraca się wokół swej osi wzdłużnej, ogrzewanie wnęki przy pomocy zespołów umieszczonych w komorze spalania otaczającej wspomnianą wnękę i charakteryzuje się tym, że wprowadza się paliwo i utleniacz do komory spalania, stycznie do wewnętrznej ściany komory spalania.

Korzystne jest, gdy w komorze spalania spalanie wykonuje się w sposób etapowy.

Korzystne jest także, gdy gazy pirolizy powstałe we wnęce dechloryzuje się.

Wynalazek jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia w sposób schematyczny wzdłużny przekrój osiowy pieca obrotowego jednego przykładu wykonania wynalazku; fig. 2- uproszczony przekrój poprzeczny pieca według wynalazku; fig. 3;- schematyczny wzdłużny przekrój osiowy pieca obrotowego innego przykładu wykonania wynalazku.

Piec na fig. 1 zawiera wydłużoną obrotową część cylindryczną 1 połączoną przy każdym ze swych krańców z zamocowanymi nieruchomo częściami 2 i 3 za pośrednictwem szczelnych łącz 4 i 5.- Część obrotowa jest zawsze albo pozioma, albo nieznacznie pochylona, w zależności od wymagań związanych z wielkością przepływu i czasu przetrzymywania materiałów stałych w układzie.

Odpady są dostarczane przez przewód 6 zamocowany do elementu 3 zamocowanego nieruchomo na głowicy pieca. Po wyjściu z przewodu 6 odpady do części obrotowej 1, tworząc tam złoże 7, gdzie są podgrzewane i poddawane pirolizie jednocześnie przesuwając się w piecu w stronę zamocowanej nieruchomo części 2.

Zamocowana część 2 zawiera strefę 2a do spustu fazy stałej, oraz przewód 8, który na całej swej długości ma utrzymywaną temperaturę bliską do temperatury odpadów na wyjściu z części obrotowej 1, oraz jest przeznaczony do odprowadzania gazów pirolizy.

Ogrzewanie części obrotowej 1 jest zapewniane przez spalanie gazów pirolizy przy pomocy zespołów 9 zamocowanych do nieruchomej komory 12, o kształcie zasadniczo cylindrycznym, całkowicie osłaniającej większą część cylindra obrotowego 1.

Zespołami 9 są zasadniczo zespoły do wprowadzania i kontrolowania wielkości przepływu powietrza i paliwa, gdzie powietrze jest doprowadzane przez przewód 10, a paliwo palne jest dostarczane przez przewód 8, co umożliwia tworzenie jednego lub wielu płomieni otaczających część obrotową 1.

Zespoły, do. wprowadzania są rozmieszczone, najkorzystniej, w pierwszej części obrotowego cylindra, tam gdzie odpady sąjeszcze nieogrzane i wilgotne, czyli zapotrzebowanie na energię jest największe.

Umieszczenie zespołów 9 jest łatwe do zrozumienia przy pomocy fig. 2, która pokazuje, że zespoły te są zainstalowane w taki sposób, by· zapewniać wprowadzanie utleniacza i paliwa w sposób zasadniczo styczny, co powoduje powstawanie płomienia, który rozwija się w pobliżu ściany 20 komory 12, która, najkorzystniej, jest wykonana z materiału żaroodpornego lub izolacyjnego.

Spaliny wyprodukowane przez zespoły do spalania 9 przesuwają się do krańca 12a w stronę krańca 12b ruchem śrubowym, którym obiegają część obrotową 1. Spaliny wychodzą z komory 12 przewodem 11.

Uszczelnienie komory 12 jest zapewnione przez łącza obrotowe lub odpowiadające im układy 13.

W szczególnym przykładzie działania wynalazku, można zrealizować stopniowanie spalania dostarczając jedynie wystarczającą część powietrza do spalania przewodem 10 i doprowadzając powietrze uzupełniające dodatkowym przewodem 14. Takie stopniowanie umożliwia zmniejszenie emisji NOx powstających, jeśli paliwo palne zawiera składniki azotowe.

Stopniowanie spalania umożliwia_;więc, by płomień rozwijał się wraz z tworzeniem się mieszanki. Ta własność umożliwia uniknięcie samozapłonu, które powstaje jeśli mieszanka

176 676 powietrza i paliwa znajduje się w proporcjach krytycznych.

Stopniowanie spalania umożliwia poza tym modyfikację przepływu ciepła w całym obrotowym cylindrze. Stopniowanie może dotyczyć tak paliwa jak i powietrza, chociaż stopniowanie paliwa jest z założenia mniej pożądane ponieważ zakłada się, że stosuje się urządzenia do kontroli wielkości przepływu, a wszystkie te urządzenia zwiększają ryzyko zanieczyszczenia i zatkania przewodów prowadzących gazy pirolizy.

Korzystne jest, gdy piec według wynalazku umożliwia obróbkę odpadów w temperaturze 100 - 900°C, a najkorzystniej 400 - 600°C.

Korzystne jest, gdy gazy pirolizy są spalane bez obróbki. Mogą więc zawierać składniki węglowodorowe, które mogą powodować powstawanie popiołów w komorze 12. Z tego powodu, dolna część komory 12 może zawierać typowe urządzenia do gromadzenia i odprowadzania popiołów, takie jak skrobaki (nie przedstawione na fig. 1).

Zespoły do wprowadzania powietrza i paliwa 9a, 9b i 15 mogą posiadać pewne zespoły ograniczające (dysza Venturiego) związane z funkcjonowaniem wykorzystującym gazy zawierające pyły w celu uzyskania wystarczająco dużych prędkości początkowych ośrodka po to, by przepływ spalin w komorze 12 miał charakter śrubowy aż do wyjścia 11. Typowo, prędkości początkowe powietrza i gazów pirolizy są zawarte w przedziale 10 - 250 m/s, a najkorzystniej 50 - 100 m/s. Prędkości powietrza i gazów pirolizy nie muszą być koniecznie takie same. Ograniczenia związane z zespołami 9a, 9b i 15 umożliwiają również regulację wielkości przepływu gazu pirolizy na wejściu do obrotowego cylindra, zapewniając przez to bardziej stabilne spalanie.

Jeżeli ilość ciepła potrzebna na ogrzanie cylindra jest znacznie mniejsza niż energia zgromadzona w gazach, nadmiarowa część gazów w układzie może zostać odprowadzona na zewnątrz przewodem 16. W przypadku odwrotnym, to znaczy gdy gazy pirolizy nie posiadają wystarczającej energii do ogrzania pieca można na przykład dodać do wspomnianych gazów pirolizy dodatkowe składniki palne.

W celu uzyskania optymalnego funkcjonowania z punktu widzenia energii, trzeba w szczególności unikać przedostawania się powietrza do komory 12 przez połączenia 13, które to połączenia z przyczyn mechanicznych nie zawsze zapewniają idealną szczelność. Ważne jest więc, by ciśnienie w komorze 12 było utrzymywane na poziomie ciśnienia atmosferycznego. Może być to wykonane, jak oznaczono na fig. 1, dzięki kontrolowanej ekstrakcji spalin realizowanej na przykład przez ekstraktor 17 połączony z pętlą recylkulacyjną, gdzie wielkość przepływu jest kontrolowana przez zawór zasuwowy 19 sterowany na podstawie informacji uzyskanej z czujnika 30 umieszczonego wewnątrz komory 12.

Inny przykład wykonania pieca według wynalazku jest pokazany na fig. 3, gdzie dodano etap dechloryzacji gazów pirolizy po ich wyjściu z pieca. Przewód 8 pieca pokazany na fig. 1 jest zastąpiony przewodem wielodrożnym w celu unikania zatykania przez osad z materiałów stałych lub przez gudrony. Korzystne jest, gdy wspomniana linia jest utrzymywana w temperaturze bliskiej temperaturze gazów na wyjściu z nieruchomej części 2. Zawiera ona urządzenie do wprowadzania absorbentu 31, najlepiej połączonego z zespołem 32 takim jak na przykład dysza Venturiego, który ułatwia mieszanie absorbentu z gazami pirolizy. Proces dechloryzacji przebiega na całej drodze gazu w przewodzie 33. Następnie mieszanina wchodzi do urządzenia 34 oddzielającego gaz od części stałych, którym może być na przykład cyklon lub ewentualnie zestaw cyklonów rozmieszczonych szeregowo lub równolegle. Gazy pirolizy, oczyszczone z zasadniczej części cząstek stałych są następnie przesyłane w stronę zespołu spalania 9 przewodem 35, natomiast zgromadzone cząstki stałe są odprowadzane przez inną linię 36. Absorbent, częściowo zużyty, może zostać przesłany do części obrotowej 1, albo może na nowo uczestniczyć w procesie dechloryzacji gazów pirolizy.

Możliwe są zmiany i modyfikacje wynalazku nie wychodzące poza ramy niniejszego wynalazku.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Piec przeznaczony do obróbki termicznej, w szczególności pirolizy, odpadów zawierających zasadniczo cylindryczną wnękę na przetwarzane odpady, obracającą się wokół swej osi wzdłużnej, komorę spalania umieszczoną wokół wspomnianej wnęki, oraz zespoły do wprowadzania paliwa i utleniacza do wspomnianej komory, znamienny tym, że zespoły (9a, 9b, 15) do wprowadzania paliwa i utleniacza są skierowane stycznie do ściany komory spalania (12) w taki sposób, że jeden lub więcej płomienie rozprzestrzeniają się w sposób śrubowy wokół wnęki (1) zawierającej odpady, oraz tym, że zespoły (9a, 9b, 15) do wprowadzania paliwa i utleniacza są różne i są rozstawione na długości wnęki (1) w celu realizacji spalania stopniowego w komorze spalania (12).
2. 2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto wyjście dla gazów pirolizy połączone z przewodem (8,33,37) przeznaczonym do zabierania części tych gazów pirolizy w stronę zespołu (9b) i wprowadzania jako paliwa do komory spalania (12).
3. 3. Piec według zastrz. 2, znamienny tym, że przewód (37) do odprowadzania gazów pirolizy zawiera zespół (31) do wprowadzania absorbentu i zespół (34) do oddzielania gazu od cząstek stałych, które krążą w tym przewodzie.
4. 4. Piec według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół (31) do wprowadzania absorbentu zawiera zespół (32) taki jak dysza Venturiego, który posiada przekroje o zmiennej wielkości w celu zwiększenia prędkości przepływu ośrodka, który przez niego przepływa, oraz zwiększenia intensywności mieszania poszczególnych gazów.
5. 5. Piec obrotowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera ponadto zespoły (17, 18,19, 30) przeznaczone do utrzymywania w środku komory spalania (12) ciśnienia zasadniczo równego ciśnieniu atmosferycznemu.
6. 6. Piec obrotowy według zastrz. 5, znamienny tym, że w skład zespołów do utrzymywania ciśnienia wchodzi zespół (17) do ekstrakcji spalin, zawór zasuwowy (19) do kontroli wielkości przepływu, sterowany przez czujnik ciśnienia (30) umieszczony wewnątrz komory spalania (12).
7. 7. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że obrotowa wnęka (1) współpracuje z pierwszym zamocowanym nieruchomo zespołem (3), przez który wprowadzane są odpady, oraz z drugim zamocowanym nieruchomo zespołem (2), przez który odprowadza się przetworzone odpady.
8. 8. Piec według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 7, znamienny tym, że przewód (8, 37) do odprowadzania gazów pirolizy na zewnątrz obrotowego pieca (1) jest otwarty w zamocowanej nieruchomo części (2) pieca (1).
9. 9. Sposób termicznej obróbki odpadów obejmujący pirolizę odpadów w zasadniczo cylindrycznej wnęce, która obraca się wokół swej osi wzdłużnej, ogrzewanie wnęki przez zespoły w komorze spalania otaczającej wnękę, znamienny tym, że paliwo i utleniacz wprowadza się do komory spalania (12) stycznie do ściany wewnętrznej komory spalania (12).
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że spalanie w komorze spalania (12) przeprowadza się w sposób stopniowany.
11. 11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że gazy pirolizy powstające we wnęce (1) dechloryzuje się.