PL176862B1 - Sposób i urządzenie do termicznego uzyskiwania nośników energii z odpadów, zwłaszcza ze śmieci - Google Patents

Abstract

1. Sposób termicznego uzyskiwania nosników energii z odpadów, zwlaszcza ze smieci, w którym warstwe odpadów umie- szczona na ruszcie przemieszcza sie wraz z mm przez przestrzen spalania z jednoczesnym mieszaniem warstwy odpadów na rusz- cie i w którym do przestrzeni spalania doprowadza sie gazowy osrodek utleniajacy, znamienny tym, ze gazowy osrodek utlenia- jacy wprowadza sie do przestrzeni spalania (12) powyzej warstwy odpadów (11) znajdujacej sie na ruszcie (5), spala sie czesciowo substancje lotne, i tworzy sie tam plomien, oraz za pomoca ciepla promieniowania plomienia rozklada sie odpady na lotne sub- stancje w postaci gazów palnych 1 koks uwolniony od palnych, lotnych materialów. 12 Urzadzenie do termicznego uzyskiwania energii z odpadów, wyposazone w stacjonarny piec do spalania, w którym usytuowany jest ruszt, a nad nim znajduje sie przestrzen spalania, znamienne tym, ze wzdluz rusztu (5), powyzej znajdujacej sie na ruszcie (5) warstwy odpadów (11), usytuowane jest wiele elemen- tów (15), doprowadzajacych osrodek utleniajacy. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do termicznego uzyskiwania nośników energii z odpadów, zwłaszcza ze śmieci.

Znane są sposoby. obróbki odpadów w zwykłych instalacjach do spaltuiia śmieci . Śmieci przemieszcza się na ruszcie paleniskowym, przez przestrzeń spalania, za pomocą ruchomych elementów rusztu, przy czym podlegają one wysuszeniu i spaleniu. Jako ośrodek utleniający stosuje się powietrze, które przepływa z dołu do góry poprzez ruszt paleni176 862 skowy i znajdujące się na nim śmieci względnie odpady. Ta część odpadów, która osiągnęła temperaturę zapłonu, ulega zapaleniu, a uwolnione przy tym gazy spalinowe przesyła się do komory dopalania, gdzie dla całkowitego wypalenia się gazów spalinowych doprowadza się powietrze wtórne.

Za pomocą takiego sposobu spalania, w przypadku idealnym, wszystkie organiczne części odpadów ulegają przemianie w dwutlenek węgla i wodę.

Po spaleniu, powstały żużel ochładza się i transportuje na składowisko żużla lub do dalszej przeróbki. Gazy spalinowe, po ich dopaleniu przechodzą najczęściej przez wymiennik ciepła, w którym powstałe ciepło jest częściowo odzyskiwane, zanim gazy skierowane zostaną do dołączonych agregatów oczyszczających.

Opisane wyżej, stosowane zwykle spalanie odpadów posiada określone wady. Na skutek zastosowania powietrza jako ośrodka utleniającego i następującego wskutek tego całkowitego spalania, powstają zwykle gazy spalinowe w ilości około 5000 do 6000 m³ na tonę odpadów. Gazy te muszą być poddane pracochłonnemu oczyszczaniu przed ich emisją do atmosfery.

Agregaty do oczyszczania gazów spalinowych oraz do odzyskiwania ciepła muszą więc być odpowiednio duże i pracochłonne w wykonaniu. Koszty inwestycyjne dla takich instalacji są odpowiednio wysokie.

Dalsza wada takiego sposobu polega na tym, że przy przepływie powietrza przez ruszt i warstwę odpadów, zawirowane zostają pyły i częściowo także nie wypalone cząstki sadzy i popiołu, które transportowane są przez gazy spalinowe do dołączonych agregatów. Powodują one tam tworzenie się osadu, który stwarza problemy zwłaszcza przy odzyskiwaniu ciepła.

Osady pogarszają wymianę ciepła i powodują korozję na powierzchniach i wymiennika ciepła, prowadzącą do kosztownych prac naprawczych, a poza tym zmniejszają sprawność instalacji.

Ze względu na materiały stosowane do wyrobu elementów rusztu, temperatury spalania nie mogą osiągać dowolnych wartości. Ograniczony jest również czas przebywania odpadów w przestrzeni spalania, który zależny jest od możliwej wielkości wytwarzanych rusztów paleniskowych. Odbija się to ujemnie na jakości żużla. Ze względu na to, że temperatura spalania i czas przebywania odpadów na ruszcie nie mogą być dobierane dowolnie, takie procesy nie zapewniają całkowitego wypalenia żużla, tak, że pozostają w nim częściowo wymywalne, nieorganiczne szkodliwe substancje.

Aby rozwiązać te problemy istniejące przy stosowaniu opisanego, znanego sposobu spalania odpadów, opracowano wiele alternatywnych sposobów, które jednak nadal miały poważne wady.

Aby podwyższyć temperaturę spalania, a tym samym zmniejszyć ilość gazów spalinowych i związane z tym koszty inwestycyjne związane z dodatkowymi agregatami, powietrze do spalania przepływające przez ruszt, wzbogacone zostało tlenem. Sposób ten prowadził jednak do powstawania nie kontrolowanych temperatur na powierzchni rusztu. Nie uzyskiwano więc odpowiedniego zmniejszenia ilości gazów spalinowych, natomiast rosło termiczne i mechaniczne obciążenie rusztu.

Poza spalaniem odpadów, do odzyskiwania energii z odpadów, stosuje się sposób polegający na odgazowaniu, zwany również pirolizą, wysiewaniem lub koksowaniem, (fachowe czasopismo Mull und Abfałl 12/1978).

Przy wszystkich sposobach bazujących na odgazowaniu, odpady ogrzewa się przy braku dostępu tlenu. Związki organiczne zawarte w odpadach są przy tym niestałe, a lotne składniki ulatniają się, natomiast składniki nielotne przetwarzają się w koks. Ponieważ odgazowanie musi następować przy braku dostępu powietrza, w znanych dotychczas sposobach, energia konieczna do reakcji endotermicznej doprowadzana jest do odpadów poprzez powierzchnie grzejne, które muszą znajdować się w bezpośrednim kontakcie z odpadami. Przykładowymi powierzchniami grzejnymi są obrotowe rury lub kanały, które ogrzewane są z zewnątrz, lub posiadają rury grzejne usytuowane we wnętrzu. Ze względu

176 862 na złe przewodnictwo cieplne odpadów, konieczna jest uprzednia obróbka i rozdrabnianie odpadów przed właściwym procesem odgazowywania. Na skutek kontaktu abrazyjnego odpadu z powierzchniami grzejnymi, części mechaniczne muszą być konserwowane z dużym nakładem środków.

Inne znane sposoby termiczne bazują na stapianiu odpadów połączonym z odgazowaniem względnie z gazowaniem. Przy tych sposobach stosowane są praktycznie jako podstawowe agregaty, piece szybowe, znane przy wytwarzaniu surówki. Przy wytwarzaniu żelaza, piec szybowy tylko wtedy może być eksploatowany bez problemów', gdy zapewniona jest jednorodność struktury stapianego materiału. Niejednorodne paliwo takie jak śmieci z gospodarstw domowych, nawet po wstępnej obróbce nie posiadają takiej jednorodności.

Prowadzi to do tworzenia się mostków w piecach szybowych i do powstawania większych aglomeratów. Powierzchnia konieczna do reakcji zgazowania ulega przez to zmniejszeniu tak, co nie zapewnia utlenienia materiałów organicznych. Skutkiem tego nie wypalone organiczne części zatapiane były w roztopionym materiale i nie mogły już być utlenione. Po następującym ochłodzeniu i granulacji stopu, występują przełomy, w których widoczne są nie utlenione pozostałości i nie uzyskuje się obojętnego żużla.

Przedmiotem wynalazku jest sposób termicznego uzyskiwania energii z odpadów, zwłaszcza ze śmieci, w którym warstwę odpadów umieszczoną na ruszcie przemieszcza się wraz z nim przez przestrzeń spalania z jednoczesnym mieszaniem warstwy odpadów na ruszcie i w którym do przestrzeni spalania doprowadza się gazowy ośrodek utleniający.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że gazowy ośrodek utleniający wprowadza się do przestrzeni spalania powyżej warstwy odpadów znajdującej się na ruszcie, spala się częściowo substancje lotne, i tworzy się tam płomień. Za pomocą ciepła promieniowania płomienia rozkłada się odpady na lotne substancje w postaci gazów palnych i koks uwolniony od palnych, lotnych materiałów.

Korzystnie, ośrodek utleniający wprowadza się do przestrzeni spalania poprzez wiele rozmieszczonych w niej elementów w postaci lanc gazowych, dysz lub rur posiadających promieniowe otwory.

Przy doprowadzaniu ośrodka utleniającego dozuje się ilości doprowadzanego ośrodka indywidualnie w poszczególnych elementach i chłodzi się te elementy.

Koks pochodzący z odpadów, spala się częściowo lub całkowicie na dołączonym ruszcie paleniskowym, poprzez który wywołuje się recyrkulację gazów spalinowych wzbogaconych tlenem.

Jako gazowy ośrodek utleniający, w przestrzeni paleniskowej stosuje się recyrkulujące gazy spalinowe wzbogacone tlenem, przy czym gazowy ośrodek utleniający zawiera 10 do 100% tlenu, zwłaszcza 50 do 100%, a korzystnie, jako środek utleniający stosuje się czysty tlen.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do termicznego uzyskiwania energii z odpadów, wyposażone w stacjonarny piec do spalania, w którym usytuowany jest ruszt, a nad nim znajduje się przestrzeń spalania.

Istota tego wynalazku polega na tym, że wzdłuż rusztu, powyżej znajdującej się na nim warstwy odpadów, usytuowanych jest wiele elementów, doprowadzających ośrodek utleniający.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym urządzenie do realizacji urządzenia sposobu według wynalazku.

Na rysunku przedstawiona jest instalacja 1 do likwidacji odpadów. Odpady, na przykład w postaci śmieci, rozdrobnione w bliżej nie przedstawiony sposób wprowadzone są do leja wlotowego 2 i za pomocą popychacza dozującego 4, usytuowanego przy dolnym końcu leja wlotowego 2, wsunięte na ruszt 5.

Za każdym posuwem do przodu popychacza dozującego 4, na ruszt 5 wprowadzona jest jednakowa ilość śmieci. Prędkość przesuwu może być regulowana, korzystnie bezstopniowo.

176 862

Odpady przemieszczane są na ruszcie 5 wzdłuż stacjonarnego pieca do spalania 10. Na ruszcie 5 znajduje się warstwa odpadów 11. Powyżej rusztu 5 i warstwy odpadów 11 piec 10 posiada przestrzeń spalania 12. W przestrzeni spalania 12 rozmieszczone są liczne elementy 15 służące do doprowadzania ośrodka utleniającego w postaci gazowej. Elementy 15 mogą mieć postać lancy gazowych, dysz lub rur z promieniowymi otworami. Mogą być chłodzone wodą, co jednak nie zostało przedstawione na rysunku.

Ruszt 5 składa się z trzech zespołów rusztowych 6, które posiadają wiele wymienionych elementów rusztowych, napędzanych oddzielnie. Każdy element rusztowy 6 posiada wiele ruchomych względem siebie i schodkowo wykonanych powierzchni, które przesuwają odpady tak, że coraz to inne powierzchnie odpadów poddane zostają opisanej dalej obróbce termicznej zachodzącej w przestrzeni spalania 12.

Ośrodek utleniający wprowadzony do przestrzeni spalania 12, powyżej warstwy odpadów 11 znajdującej się na ruszcie 5, razem z palnymi lotnymi substancjami uchodzącymi z odpadów, tworzy płomienie, które na skutek promieniowania cieplnego tak dalece nagrzewają warstwę odpadów 11, że zachodzi w niej odgazowanie. Odpady uwolnione od palnych lotnych substancji ulegają skoksowaniu. Substancje lotne częściowo ulegają spaleniu.

Nie spalone lotne substancje uzyskiwane są jako gaz palny. Te oba produkty odgazowania stanowią nośniki energii, które mogą być stosowane jako paliwa.

Na skutek bardzo dużej prędkości spalania, unika się dyfuzji ośrodka utleniającego do odpadów tak, że zapewnione jest czyste odgazowanie. Warstwa odpadów źle przewodząca ciepło, chroni w pewnym stopniu ruszt 5 izolując go od promieniowania cieplnego, względnie przed wymianą ciepła. Ośrodek utleniający nie wchodzi w kontakt z obciążonymi termicznie częściami instalacji tak, że możliwe jest zastosowanie ośrodka utleniającego o zawartości tlenu wynoszącej 10 do 100%, korzystnie 50 do 100%, a zwłaszcza wyłącznie tlenu, który powoduje redukcję ilości spalin aż o 80%.

Skoksowany odpad oraz pozostałe palne gazy, można stosować jako jednorodne paliwa, w osobnych urządzeniach do przemiany energii, które nie zostały zaznaczone na rysunku.

Skoksowany odpad musi być przed tym uwolniony od substancji obojętnych, a palne gazy muszą być oczyszczone od pyłu i szkodliwych substancji. Produkty odgazowania, to znaczy skoksowany odpad i/lub gazy palne, można również użyć dodatkowo do spalania wewnątrz tej samej instalacji, przykładowo w rurowym piecu obrotowym lub w warstwie fluidalnej, nie pokazanych na rysunku.

Skoksowany odpad można również dopalać w zwykły sposób na dołączonym, bliżej nie przedstawionym, ruszcie paleniskowym.

Ponieważ w sposobie według wynalazku stosuje się środki utleniające o wysokiej zawartości tlenu, a ilość spalin redukuje się o prawie 80%, ze względu na brak azotu pochodzącego z powietrza, powstają gazy spalinowe zawierające w swym składzie do 50% pary wodnej. Z przemysłu węglowego wiadomo, że taki gaz może być stosowany jako środek zgazowujący do zgazowania węgla.

Jeżeli do dodatkowego spalania skoksowanego odpadu stosuje się zwykły ruszt paleniskowy, to z korzyścią dla zgazowania węgla, gazy spalinowe mogą być podane recyrkulacji i wyprowadzone poprzez ruszt jako środek zgazowujący. Do tego celu można również stosować parę wodną.

Spalinowe gazy recyrkulacyjne, wzbogacone tlenem, mogą być również stosowane jako ośrodek utleniający w przestrzeni spalania 12.

Wskutek tego, że w sposobie według wynalazku, ośrodek utleniający (tlen, gaz, wzbogacony gaz spalinowy zawrócony do obiegu, lub powietrze), wprowadzany jest do przestrzeni spalania 12 powyżej warstwy odpadów 11, a nie poprzez ruszt 5, unika się zawirowania powstających pyłów i związanych z tym ujemnych skutków.

Ze względu na to, że odpady są rozdrabniane na powierzchni rusztu i na fakt, że ciągle nowe powierzchnie odpadów poddawane są promieniowaniu cieplnemu, konieczny

176 862 czas nagrzewania w korzystny sposób ulega minimalizacji. Dzięki wykorzystaniu odpowiedniego rusztu, przy eksploatacji pewnego w działaniu agregatu do obróbki odpadów, oraz dzięki temu, że w procesie odgazowania nie potrzebne są żadne powierzchnie grzejne znajdujące się w bezpośrednim kontakcie z odpadami, zbędna jest wstępna obróbka odpadów lub ich rozdrabnianie.

Warstwa odpadów 11, zależnie od potrzeb, jest formowana, względnie obrabiana, wzdłuż długości rusztu 5, dzięki osobno regulowanemu napędowi poszczególnych elementów rusztu. Również doprowadzenie ośrodka utleniającego do poszczególnych elementów 15, przykładowo lancy gazowych, jest dozowane indywidualnie, względnie dozowana ilość może być regulowana.

Ponieważ w piecu do spalania 10 zachodzi tylko odgazowanie zamiast całkowitego spalania, a podczas procesu odgazowania temperatura może być skutecznie regulowana, więc również termiczne obciążenie instalacji jest utrzymywane na niskim poziomie.

Redukcja spalin jest znaczna, a instalacja według wynalazku jest mała i tania, gdyż nie potrzebne są wielkie i kosztowne agregaty do oczyszczania gazów spalinowych.

I {

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób termicznego uzyskiwania nośników energii z odpadów, zwłaszcza ze śmieci, w którym warstwę odpadów umieszczoną na ruszcie przemieszcza się wraz z nim przez przestrzeń spalania z jednoczesnym mieszaniem warstwy odpadów na ruszcie i w którym do przestrzeni spalania doprowadza się gazowy ośrodek utleniający, znamienny tym, że gazowy ośrodek utleniający wprowadza się do przestrzeni spalania (12) powyżej warstwy odpadów (11) znajdującej się na ruszcie (5), spala się częściowo substancje lotne, i tworzy się tam płomień, oraz za pomocą ciepła promieniowania płomienia rozkłada się odpady na lotne substancje w postaci gazów palnych i koks uwolniony od palnych, lotnych materiałów.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ośrodek utleniający wprowadza się do przestrzeni spalania (12) poprzez wiele rozmieszczonych w niej elementów (15).
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ośrodek utleniający doprowadza się poprzez lance gazowe.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ośrodek utleniający doprowadza się poprzez dysze.
5. 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ośrodek utleniający doprowadza się poprzez rury posiadające promieniowe otwory.
6. 6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przy doprowadzaniu ośrodka utleniającego dozuje się ilości doprowadzanego ośrodka indywidualnie w poszczegóhtych elementach (15).
7. 7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że elementy (15) chłodzi się.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że koks pochodzący z odpadów, spala się częściowo lub całkowicie na dołączonym ruszcie paleniskowym.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poprzez ruszt paleniskowy wywołuje się recyrkulację gazów spalinowych wzbogaconych tlenem.
10. 10. Sposób według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że jako gazowy ośrodek utleniający, w przestrzeni paleniskowej (12) stosuje się recyrkulujące gazy spalinowe wzbogacone tlenem.
11. 11. Sposób według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że gazowy ośrodek utleniający zawiera 10 do 100% tlenu, korzystnie 50 do 100%, a zwłaszcza 100%.
12. 12. Urządzenie do termicznego uzyskiwania energii z odpadów, wyposażone w stacjonarny piec do spalania, w którym usytuowany jest ruszt, a nad nim znajduje się przestrzeń spalania, znamienne tym, że wzdłuż rusztu (5), powyżej znajdującej się na ruszcie (5) warstwy odpadów (11), usytuowane jest wiele elementów (15), doprowadzających ośrodek utleniający.