PL194866B1 - Sposób i urządzenie do obróbki wilgotnego materiału trudnego do obróbki za pomocą spalania - Google Patents

Abstract

1. Sposób obróbki wilgotnego materialu trud- nego do obróbki za pomoca spalania, w którym suszy sie obrabiany material w suszarce parowej, spala sie suchy material w urzadzeniu spalaja- cym, poddaje sie przegrzewaniu pare wodna tak, aby zaspokoic zapotrzebowanie na cieplo su- szarki parowej za pomoca energii cieplnej wytwa- rzanej w wyniku spalania materialu w urzadzeniu spalajacym oraz doprowadza sie przegrzana pare wodna do suszarki parowej w celu wysuszenia obrabianego materialu, znamienny tym, ze przenosi sie calkowita ilosc ciepla uwolnionego z paliwa w urzadzeniu spalajacym (1) do obiegu pary wodnej w suszarce parowej (3). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do obróbki wilgotnego materiału trudnego do obróbki za pomocą spalania, a zwłaszcza do spalania mokrego miejskiego osadu kanalizacyjnego, przemysłowego osadu kanalizacyjnego albo innych takich mokrych materiałów, trudnych w spalaniu.

Znane są procesy oczyszczania wody, w których powstają znaczne ilości mokrego osadu kanalizacyjnego, który jako taki nie może być użyty do żadnych celów. Często substancje szkodliwe znajdujące się w osadzie kanalizacyjnym są w postaci rozpuszczalnej w wodzie albo zawierają tak dużo ciężkich metali, że osad kanalizacyjny nie może być użyty ani do robót ziemnych ani w żaden inny sposób nie można go rozproszyć w środowisku. Taki osad kanalizacyjny jest również trudny do manipulowania ze względów higienicznych, ponieważ stanowi bardzo dobre podłoże rozwojowe dla różnych rodzajów bakterii i może już być zakażony bakteriami z oczyszczanych odpadów. Dotyczy to zarówno ścieków kanalizacyjnych z przemysłu leśnego, które mogą zawierać znaczące ilości materiału organicznego stanowiącego dobre podłoże rozwojowe dla bakterii, jak i ścieków miejskich zawierających ogromne ilości różnych rodzajów szczepów bakterii.

W przemyśle leśnym osad kanalizacyjny z oczyszczalni ścieków jest na ogół spalany w spalarkach do kory wymieszany z jakimś typem paliwa stałego. Spalanie osadu kanalizacyjnego często odbywa się kosztem wydajności kotła i powoduje wzrost kłopotów eksploatacyjnych, a zawsze powoduje zmniejszenie sprawności kotła. Do kotła nie można dodawać dużych ilości osadu kanalizacyjnego, ponieważ takie dodawanie zakłóca proces spalania, a zatem, ilość osadu kanalizacyjnego, jakiej można użyć w kotle, zależy od wydajności kotła.

Osady kanalizacyjne ze ścieków miejskich są obrabiane albo poprzez kombinację fermentacji osadu i jego kompostowania, albo tylko poprzez kompostowanie albo wyrzuca się go na pola refulacyjne. Wszystkie te sposoby wymagają stosowania dużych instalacji zajmujących dużą powierzchnię budynków lub terenu. W obu przypadkach, obróbka osadu kanalizacyjnego naraża danego operatora na znaczne koszty. Osad kanalizacyjny, który przeszedł kompostowanie i fermentację można mieszać z ziemią albo innym materiałem i używać do robót ziemnych, pod warunkiem, że nie zawiera żadnych substancji szkodliwych. Odpady miejskie używa się zarówno do użyźniania gleby na polach jak i do robót ziemnych w budowlach miejskich, ale użycie tego materiału ogranicza jego pochodzenie.

Jednym z alternatywnych rozwiązań w dziedzinie obróbki odpadów jest spalanie w specyficznych spalarniach śmieci, co powoduje znaczne zmniejszenie ich objętości. Problem ze spalarniami śmieci polega na tym, że mokry osad kanalizacyjny spala się trudno bez dostarczania paliwa, co z kolei zwiększa koszty spalania. Ponadto spalarnie mają coraz bardziej złożoną konstrukcję. W porównaniu z nakładami na urządzenia i kosztami eksploatacji, nie uzyskuje się większej energii termicznej, którą można by wykorzystać do wytwarzania elektryczności albo, na przykład, ciepła w ciepłowniach, a zatem energia powstająca podczas spalania nie zmniejsza w sposób istotny kosztów usuwania osadu kanalizacyjnego. Osad kanalizacyjny można również suszyć i prasować do postaci tabletek, mieszanych ewentualnie z odpowiednim materiałem domieszkowym, co umożliwia uzyskanie masy na tyle neutralnej, że można ją następnie gromadzić, na przykład, na zwykłych składowiskach bez żadnego ryzyka dla środowiska. W europejskim opisie patentowym nr 0 526 458 opisano sposób, w którym osad kanalizacyjny dzieli się na dwie frakcje, z których jedna jest osuszana, a druga spalana w kotle fluidalnym. Ciepło z kotła fluidalnego jest używane do suszenia osadu kanalizacyjnego w suszarce fluidalnej, a na końcu osuszony osad kanalizacyjny jest łączony z popiołem z osadu kanalizacyjnego w kotle, a uzyskana mieszanka jest spalana. Stosowane w tym procesie urządzenia są bardzo złożone, a warunkiem ich działania jest stosowanie osadu kanalizacyjnego o wystarczająco niskiej początkowej zawartości wilgoci, albo, alternatywnie, używanie dodatkowego paliwa w kotle wytwarzającym energię do suszenia.

Celem wynalazku jest uzyskanie nowoczesnego sposobu spalania osadu kanalizacyjnego umożliwiającego, eliminację opisanych powyżej problemów związanych z dotychczasowym stanem techniki.

Sposób obróbki wilgotnego materiału trudnego do obróbki za pomocą spalania, w którym suszy się obrabiany materiał w suszarce parowej, spala się suchy materiał w urządzeniu spalającym, poddaje się przegrzewaniu parę wodną tak, aby zaspokoić zapotrzebowanie na ciepło suszarki parowej za pomocą energii cieplnej wytwarzanej w wyniku spalania materiału w urządzeniu spalającym oraz doprowadza się przegrzaną parę wodną do suszarki parowej w celu wysuszenia obrabianego materiału,

PL 194 866 B1 według wynalazku charakteryzuje się tym, że przenosi się całkowitą ilość ciepła uwolnionego z paliwa w urządzeniu spalającym do obiegu pary wodnej w suszarce parowej.

Korzystnie, ponadto doprowadza się co najmniej część pary wodnej z suszarki parowej do skraplacza oraz doprowadza się co najmniej część skroplonej wody do suszarki parowej i steruje się w ten sposób temperaturą w suszarce parowej.

Korzystnie, usuwa się ponadto co najmniej część pary wodnej z suszarki parowej z obiegu skroplonej wody w suszarce parowej w postaci skroplonej wody.

Korzystnie, usuwa się w postaci skroplonej wody pewną ilość wody z obiegu pary wodnej, która to ilość w większości odpowiada ilości wody wpływającej z obrabianym materiałem do obiegu pary wodnej w suszarce parowej.

Korzystnie, że ponadto odzyskuje się ciepło wytwarzane podczas spalania tylko w przegrzewaczu suszarki parowej.

Korzystnie, jako urządzenie spalające stosuje się adiabatyczny piec fluidalny oraz reguluje się temperaturę urządzenia spalającego poprzez doprowadzanie schłodzonych gazów spalinowych z urządzenia spalającego do niego.

Korzystnie, ponadto steruje się temperaturą w suszarce parowej poprzez doprowadzanie wody do suszarki parowej ze źródła zewnętrznego do obiegu pary wodnej w tej suszarce.

Korzystnie, ponadto transportuje się do suszarki parowej strumień obrabianego materiału wraz z materiałem, który ma być obrabiany tak, że miesza się wodę ze strumieniem obrabianego materiału doprowadzanym do suszarki parowej.

Urządzenie do obróbki wilgotnego materiału trudnego do obróbki za pomocą spalania, w skład którego wchodzą suszarka parowa do suszenia materiału, który ma być obrabiany, urządzenie spalające do spalania suchego materiału, przegrzewacz do przegrzewania pary wodnej dla zapotrzebowania ciepła w suszarce parowej za pomocą energii cieplnej wytwarzanej przez materiał spalany w urządzeniu spalającym oraz zespół do transportowania przegrzanej pary wodnej do suszarki parowej do suszenia materiału, który ma być obrobiony, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół do transportu przegrzanej pary wodnej wychodzący z suszarki parowej przechodzi przez przegrzewacz, który jest połączony z urządzeniem spalającym poprzez przewód obiegu gazów spalinowych, transportujący ciepło uwolnione z paliwa w urządzeniu spalającym do przegrzewacza, w którym to ciepło jest przenoszone do obiegu pary wodnej w suszarce parowej w całości.

Korzystnie, urządzenie zawiera ponadto skraplacz oraz zespół przewodu transportujący co najmniej część pary wodnej z suszarki parowej do skraplacza, a także zespół przewodu doprowadzający co najmniej część skroplonej wody do suszarki parowej do regulowania temperatury suszarki parowej.

Korzystnie, w skład urządzenia wchodzi zespól przewodu usuwający co najmniej część pary wodnej z suszarki parowej z obiegu skroplonej wody w suszarce parowej w postaci skroplonej wody.

Korzystnie, wszystkie powierzchnie przenoszące ciepło w urządzeniu spalającym oraz w jego przewodach obiegu gazów spalinowych są umieszczone w przegrzewaczu suszarki parowej.

Korzystnie, urządzenie spalające zawiera adiabatyczny piec fluidalny zawierający układ przewodów obiegu gazów spalinowych regulujący temperaturę urządzenia spalającego poprzez doprowadzanie do niego schłodzonych gazów spalinowych.

Korzystnie, w skład urządzenia wchodzi ponadto zespół do doprowadzania wody do obiegu pary wodnej w suszarce parowej.

Korzystnie, urządzenie zawiera ponadto zespół do mieszania wody ze strumieniem materiału, który ma być obrabiany, płynącym do suszarki parowej.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na suszeniu osadu kanalizacyjnego w suszarce parowej i spalaniu go w kotle oraz przenoszeniu całej wytwarzanej energii cieplnej do suszenia osadu kanalizacyjnego.

Według zalecanego przykładu wykonania wynalazku, temperaturę w suszarce reguluje się mieszając osad kanalizacyjny z wodą ze skraplacza suszarki wytwarzaną podczas skraplania pary wodnej.

Zaletę wynalazku stanowi fakt, że proces jest niezależny od innych paliw. W wypadku normalnych osadów kanalizacyjnych, które mają być wyrzucone na wysypiska i mają zawartość wilgoci rzędu 75 do 85%, nie jest potrzebne żadne paliwo pomocnicze, ponieważ ciepło uwalniane podczas spalania suchej masy osadu kanalizacyjnego wystarcza do suszenia paliwa. Ponadto uwalniane ciepło można użyć w instalacjach ciepłowniczych.

PL 194 866 B1

Paliwo można suszyć usuwając 75% do 90% wody znajdującej się w nim przed suszeniem. W ten sposób uzyskuje się końcową zawartość wilgoci poniżej 40%. Ponieważ paliwo jest suche, a w piecu nie ma żadnych powierzchni przenoszenia ciepła, to w komorze spalania można wytworzyć wysokotemperaturową strefę redukcyjną, w której można redukować tlenki azotu pochodzące z paliwa.

W innych sposobach spalania osadu kanalizacyjnego uzyskanie takiej strefy jest albo trudne albo niemożliwe.

Ponieważ nie jest potrzebne żadne paliwo pomocnicze, ilość gazów spalinowych w urządzeniu spalającym jest bardzo mała w porównaniu ze spalaniem wilgotnego osadu kanalizacyjnego wymieszanego z paliwem pomocniczym. Podobny efekt daje usuwanie wody z paliwa w suszarce oraz mała zawartość resztkowa tlenu (nadmiar powietrza) w gazach spalinowych, co jest możliwe dzięki nowoczesnym technikom spalania. Jeżeli spalano odpowiednią ilość osadu kanalizacyjnego używając jako paliwo pomocnicze gaz ziemny, to strumień gazów spalinowych w spalarce byłby trzy razy większy a pole powierzchni rusztu pieca pięć razy większe niż w procesie według wynalazku. Jeżeli w skład paliwa pomocniczego wchodziłaby kora, to strumień gazów spalinowych byłby ponad cztery razy większy. Mniejsza ilość gazów spalinowych, to mniejsza liczba kanałów spalinowych i mniejsze urządzenia do osadzania dymów. W gazach spalinowych jest mniej szkodliwych substancji w bardziej skoncentrowanej postaci niż zwykle, wskutek czego łatwiej niż zwykle można uzyskać małe ilości emisji bezwzględnej. Instalację do osadzania dymów można skonstruować nie tylko zwartą wymiarowo, ale również prostą, ponieważ nowoczesne techniki spalania prowadzą w sposób naturalny do małych emisji NOx i spalania zupełnego.

Urządzenia do spalania są małe pod względem wymiarów fizycznych. Jako przykład można zacytować, że osad kanalizacyjny z oczyszczalni ścieków Viikki, w której oczyszcza się wszystkie ścieki z Helsinek, można spalić za pomocą urządzenia, którego moc paliwowa, obliczona na podstawie wartości cieplnej suchego osadu kanalizacyjnego, wynosi 4,5 MW. Urządzenie nie jest połączone z elektrownią parową i dlatego można je łatwo zainstalować w sąsiedztwie oczyszczalni ścieków. W procesie nie używa się konwencjonalnej instalacji do odbioru i obróbki paliwa stałego (tj. stacji odbiorczej, filtrów paliwa, rozdrabniarki) więc i pod tym względem koszty są mniejsze niż koszty instalacji o podobnej wydajności na paliwo stałe. W urządzeniu nie ma również instalacji wody przemysłowej.

W wypadku obróbki osadu kanalizacyjnego o zawartości wilgoci około 85%, moc paliwowa osadu kanalizacyjnego jest wystarczająca do suszenia całego strumienia paliwa. Kiedy początkowa zawartość wilgoci w osadzie kanalizacyjnym jest mniejsza od tej wartości, gazy spalinowe zawierają więcej ciepła niż jest potrzebne do suszenia. Zamiast wspomnianego powyżej wtryskiwania skroplin, do suszarki można doprowadzić wtedy nadmiar paliwa w porównaniu z zapotrzebowaniem. Część suszonego paliwa jest usuwana z procesu i może być doprowadzana do, na przykład, instalacji spalającej, gdzie poprawia średnią jakość paliwa albo zastępuje cześć paliwa pomocniczego.

Spalarnia jest używana do usuwania frakcji organicznej osadu kanalizacyjnego, a celem pomocniczym jest wykorzystanie wartości cieplnej frakcji organicznej. W oczyszczalniach ścieków, jednym z rozwiązań alternatywnych do osiągnięcia obu celów jest fermentowanie osadu w reaktorze beztlenowym, w wyniku czego na ogół około połowy frakcji organicznej osadu kanalizacyjnego jest usuwane, a pozostałą cześć trzeba wyrzucać na wysypiska albo kompostować. Cześć usuniętego materiału można odzyskać z reaktora w postaci metanu, który można następnie użyć jako paliwo. Spalarnia według wynalazku wpływa negatywnie na działanie drogiego reaktora beztlenowego i eliminuje konieczność używania jego urządzeń pomocniczych.

Obecnie osady kanalizacyjne są obrabiane głównie w przemyśle drzewnym w instalacjach do transportu paliwa stałego, które to instalacje są częściowo otwarte oraz w całości zanieczyszczone bakteriami. Z tego względu występuje znaczne ryzyko zakażenia podczas używania i konserwacji. Według wynalazku osad kanalizacyjny może być obrabiany w układzie zamkniętym w sposób bardziej higieniczny, a po wysuszeniu ryzyko zanieczyszczenia przez osad kanalizacyjny jest znacznie mniejsze.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy sposobu obróbki wilgotnego materiału według wynalazku, fig. 2 - urządzenie do spalania według wynalazku, schematycznie.

W dalszej części tekstu, termin „całkowita ilość ciepła uwalnianego w spalarce” jest używany przy odwoływaniu się do ilości ciepła, która jest odzyskiwana ze strumienia gazów spalinowych za pomocą wymienników ciepła przed przepływem strumienia gazów spalinowych do komina.

PL 194 866 B1

W skład urządzenia do obróbki wilgotnego materiału w zalecanym przykładzie wykonania wynalazku przedstawionego na fig. 1 wchodzi zespól urządzenia spalającego 1, w którym jest spalany obrabiany materiał, przegrzewacz 2 suszarki parowej, suszarka parową 3, w której jest suszony osad kanalizacyjny, skraplacz 4 suszarki, oraz potrzebne rurociągi i złącza pomiędzy poszczególnymi zespołami. Są to przewód zasilający 5 do wilgotnego osądu kanalizacyjnego oraz przewód 11 skroplin używany do regulowania mocy suszarki na wejściu suszarki 3. Przewód paliwowy 6 do doprowadzania suchego osadu kanalizacyjnego do urządzenia spalającego 1 oraz zespół 13 do transportu pary wodnej wychodzący z suszarki parowej 3, przy czym obwód pary suszącej zespołu 13 do transportu pary wodnej przechodzi przez przegrzewacz 2 i wraca do suszarki parowej 3. Obwód pary suszącej zespołu 13 do transportu pary wodnej wchodzi do przegrzewacza 2 suszarki parowej 3 i wraca z przegrzewacza 2 do suszarki, a ponadto istnieje przewód 7 obiegu gazów spalinowych z urządzenia spalającego 1 do przegrzewacza 2. Przewód 8 obiegu gazów spalinowych wychodzi z przegrzewacza 2, dzieli się na przewód 9 obiegowy gazów spalinowych wracający do urządzenia spalającego 1 i przewód, który prowadzi do urządzeń osadzania dymu i komina. Przewód 9 obiegowy gazów spalinowych oraz przewód paliwowy 6 z suszarki parowej 3 prowadzą do urządzenia spalającego 1, a przewód 2 obiegu gazów spalinowych z zespołu spalającego do przegrzewacza 2 suszarki parowej.

Główne elementy składowe urządzenia w zalecanym przykładzie wykonania sposobu spalania osadu kanalizacyjnego według wynalazku to ciśnieniowa suszarka parowa 3, adiabatyczny piec fluidalny 1 oraz urządzenie do osadzania dymu 15. Osad kanalizacyjny doprowadzany do procesu jest suszony mechanicznie do zawartości wilgoci odpowiadającej tym, które stosuje się w alternatywnych sposobach usuwania. Osad kanalizacyjny jest doprowadzany do suszarki ciśnieniowej 3, gdzie jest poddawany suszeniu za pomocą gorącej krążącej pary wodnej. W zależności od konkretnego zastosowania, para wodna wytwarzana podczas suszenia może być używana do wytwarzania ciepła do ogrzewania wody albo jako niskociśnieniowa przemysłowa para wodna. Ciśnienie w suszarce 3 zależy od zastosowania.

W produkcji ciepła do ogrzewania wody, ciśnienie to mogłoby wynosić od 3 do 5 barów. Suchy osad kanalizacyjny jest spalany w piecu fluidalnym 1. Piec ten jest całkowicie murowany, tj. w jego ścianach nie ma powierzchni przewodzących ciepło, w celu umożliwienia utrzymania wysokiej temperatury spalania. Temperaturę w piecu 1 reguluje się za pomocą krążącego gazu poprzez doprowadzanie, w razie potrzeby, zimnych gazów spalinowych z przegrzewacza 2 suszarki. Pod innymi względami, stosowane techniki spalania obejmują zwykłe spalanie w pęcherzykowym złożu fluidalnym.

Ciepło uwalniane podczas spalania jest odzyskiwane w przegrzewaczu 2 do suszenia pary wodnej. Ciepło to przepływa w całości przez instalację suszącą i kończy swój bieg w skraplaczu 4 do suszenia pary wodnej, gdzie można je wykorzystać. Zatem koncepcja ta nie obejmuje używania konwencjonalnego kotła cieplnego do odpadów.

Poziom temperatury w skraplaczu 4 zależy od zastosowania i wynosi około 140°C przy wspomnianym ciśnieniu (4 bary). W przypadku kiedy moc termiczna potrzebna do suszenia jest mniejsza niż ciepło uwalniane podczas spalania, do obiegu suszarki 3 można wtrysnąć pewną ilość skroplin. Zapewnia to przenoszenie ciepła gazów spalinowych do skraplacza 4 suszarki i znowu, nie są potrzebne żadne inne powierzchnie przewodzenia ciepła. Zwłaszcza w tych przypadkach, w których obrabiany materiał jest suchy, w wyniku czego do suszenia materiału potrzeba mniej energii i, odpowiednio, proporcjonalnie więcej ciepła jest uwalniane podczas spalania, skropliny muszą być wtryskiwane do obiegu suszenia. Istota wynalazku polega na tym, że całkowita ilość energii cieplnej wytwarzanej w spalarce jest doprowadzana do obiegu suszarki 3 w postaci energii pary suszącej, w wyniku czego procesem można sterować za pomocą skroplonej pary wodnej doprowadzanej do obiegu suszarki parowej 3.

Na fig. 2 przedstawiono zalecany przykład wykonania urządzenia wynalazku, w którym suszarka jest ciśnieniową suszarką parową 3, a w skład spalarki wchodzi adiabatyczny piec fluidalny 1. Materiał, jaki ma być obrabiany, tj. wilgotny osad kanalizacyjny jest doprowadzany do zbiornika zasilającego 17, z którego jest przekazywany dalej do suszarki parowej 3, np. za pomocą podajnika ślimakowego. Przegrzana para pod ciśnieniem z przegrzewacza 2 jest podawana do suszarki parowej 3. Gorąca para wodna pod ciśnieniem płynie szybko przez suszarkę 3 i transportuje suszony materiał. Równocześnie energia cieplna z pary wodnej jest przekazywana do suszonego materiału, w wyniku czego część znajdującej się w nim wody odparowuje i materiał jest suszony. Krążącą para wodna jest oddzielana od suszonej materii, stającej się paliwem w następnych etapach procesu, w cyklonie 18. Paliwo jest przenoszone do adiabatycznego pieca fluidalnego stanowiącego urządzenie spalające 1

PL 194 866 B1 a para wodna z powrotem do przegrzewacza 2 suszarki przewodem zespołu 13 do transportu pary wodnej i do skraplacza 4 przewodem zespołu 10. Cześć pary wodnej doprowadzona do przegrzewacza 2 jest transportowana dalej z powrotem do suszarki 3.

Powietrze jest doprowadzane do pieca urządzenia spalającego 1 za pomocą wentylatora 21 co najmniej jako powietrze fluidalne w dolnej części pieca i jako powietrze pomocnicze 20 nad złożem fluidalnym. Doprowadzając powietrze do pieca 1 na różne sposoby istnieje możliwość uzyskania warunków spalania, w których wytwarzanie substancji szkodliwych, takich jak tlenki azotu, jest na poziomie minimalnym. Ponieważ funkcję różnych typów urządzeń spalających opisano w wielu źródłach, więc tutaj pominięto szczegółowy opis samego spalania. Piec 1 jest całkowicie murowany, tj. w jego ścianach nie ma powierzchni przewodzących ciepło, co umożliwia utrzymywanie podwyższonej temperatury spalania. Gazy spalinowe są transportowane do przegrzewacza 2 suszarki przewodem 7 obiegu gazów spalinowych, po czym odzyskuje się w nim ich energię cieplną.

Według wynalazku, cała energia cieplna wytwarzana podczas spalania, jest transportowana do krążącej pary wodnej z suszarki parowej 3 w przegrzewaczu 2. Zatem w urządzeniu spalającym 1 ani w przewodzie 7 obiegu gazów spalinowych nie ma żadnych innych powierzchni przenoszących ciepło przeznaczonych do odzyskiwania energii cieplnej z procesu spalania. W razie potrzeby, można użyć podgrzewacza powietrza do spalania znajdującego się za przegrzewaczem. Podgrzewacz powietrza do spalania znajdujący się w przewodzie 7 obiegu gazów spalinowych nie usuwa energii cieplnej z procesu spalania, natomiast zawraca ją w postaci powietrza do spalania o wyższym poziomie energetycznym.

Z przegrzewacza 2 suszarki parowej 3 schłodzone gazy spalinowe są podawane do separatora 14 materii stałej przewodem 8 obiegu gazów spalinowych, a stamtąd do płuczki gazu 16 i dalej do komina. Za separatorem 14 materii stałej, część schłodzonych gazów spalinowych można zawrócić do pieca przewodem 9 obiegu gazów spalinowych do regulowania temperatury w piecu.

Temperaturę pieca 1 można obniżyć doprowadzając schłodzone gazy spalinowe do niego bez stosowania jakiegokolwiek chłodzenia zewnętrznego w stosunku do procesu. Ponieważ gazy spalinowe nie opuściły jeszcze procesu ani obiegu gazów w piecu stanowiącym urządzenie spalające 1, zawrócenie ich do pieca nie zmienia bilansu energii procesu spalania. Zatem chłodzenie pieca w ten sposób jest ekonomiczne.

Sterowanie procesem jest oparte na sterowaniu obiegiem pary wodnej i skroplin w suszarce. Ponieważ cała energia wytwarzana podczas spalania suchego osadu kanalizacyjnego, innymi słowy paliwa, jest odzyskiwana jako energia do zawracanej pary wodnej w suszarce za pomocą przegrzewacza 2, wydajność przegrzewacza 2 i ilość krążącej pary wodnej musi być wystarczająca do umożliwienia odbioru ilości ciepła wytwarzanego z paliwa. Celem sterowania jest utrzymywanie przepływu masy bezwodnego paliwa bez zmian bez względu na wahania zawartości wilgoci. Kiedy ilość wody znajdującej się w osadzie kanalizacyjnym jest zmniejszona, następuje zwiększenie ilości paliwa na jednostkę objętości, a przy stałym objętościowym natężeniu przepływu, następuje zwiększenie ilości energii cieplnej dostarczanej przez urządzenie spalające. Równocześnie uzyskuje się suche paliwo jeżeli warunki w suszarce 3 są utrzymywane bez zmian. Zatem temperatura suszarki 3 musi być regulowana w taki sposób, żeby przystosować sprawność suszarki 3 do zawartości wilgoci w paliwie. W wypadku kiedy paliwo jest suche, temperatura suszarki 3 musi być niższa, a dla paliw o większej zawartości wilgoci można tę temperaturę zwiększyć. Ponadto, temperatura w suszarce musi być utrzymywana na poziomie na tyle niskim, żeby uniemożliwić pojawienie się pirolizy. Regulację temperatury i mocy suszarki 3 przeprowadza się dodając wodę do suszarki przewodem 11. Skroplona woda powstająca w skraplaczu 4 do krążącej pary wodnej jest doprowadzana do suszarki 3 przewodem 11. Ilość krążącej pary wodnej jest zazwyczaj w zasadzie większa niż ilość wody usuwanej z obrabianego materiału w suszarce parowej 3 w celu zagwarantowania odpowiednich możliwości sterowania procesem i odpowiedniej ilości pary wodnej. Ilość wody płynącej w wyniku krążenia skroplin może być nawet 2 do 3 razy większa od ilości wody wpływającej do procesu z obrabianego materiału. Zatem, praktycznie we wszystkich warunkach technologicznych, skroplona woda jest doprowadzana do suszarki parowej 3. W razie konieczności obniżenia temperatury w suszarce 3, zwiększa się ilość skroplonej wody i w związku z tym, w razie konieczności zwiększenia temperatury, zmniejsza się ilość skroplonej wody. Jednakże ilość pary wodnej musi zawsze być wystarczająca do chłodzenia ilości ciepła wytwarzanego w spalarce. Sterowanie temperaturą w suszarce 3 spełnia dobrze ten warunek, ponieważ doprowadza się więcej skroplonej wody kiedy paliwo jest suche, tj. ma wyższą wartość cieplną, w wyniku czego następuje również zwiększenie ilości pary wodnej krążącej w przegrzewaczu 2.

PL 194 866 B1

W razie takiej potrzeby, nadmiar pary wodnej wytwarzanej podczas suszenia paliwa jest usuwany w postaci skroplonej wody przewodem zespołu 12. Ponadto, do urządzenia można dodać końcówkę do doprowadzania wody, przez którą można doprowadzać wodę do instalacji w celu oczyszczenia albo w celu utworzenia wystarczającej ilości pary wodnej, np. podczas uruchamiania i rozruchu.

W zakresie wynalazku mieszczą się nawet rozwiązania różniące się od opisanych powyżej przykładów wykonania.

Konstrukcje i objętościowe natężenia przepływu różnych materiałów krążących w procesie zmieniają się w zależności od zastosowania i wydajności urządzenia.

Jednakże we wszystkich instalacjach występują liczne właściwości. Korzystnie, ciśnienie w suszarce 3 wynosi od 3 do 15 barów. Temperatura w skraplaczu 4 w obiegu pary wodnej i skroplin w suszarce 3 wynosi około 130 do 200°C, a temperatura pary wodnej wypływającej z suszarki parowej 3 wynosi 160 do 230°C. Temperatura przegrzanej pary wodnej, przed doprowadzeniem do suszarki 3, wynosi, korzystnie, 400°C. Ponieważ w rozwiązaniu według wynalazku nie są potrzebne żadne powierzchnie przenoszenia ciepła, istnieje możliwość utrzymania temperatury pieca na wysokim poziomie. W celu zmniejszenia emisji NOx, temperatura w piecu powinna wynosić, korzystnie, około 1000°C, a z drugiej strony, do spalania odpadów na ogół jest potrzebna temperatura 850°C, więc maksymalną temperaturę w piecu powinno się utrzymywać w tym przedziale. Jeżeli materiał, który ma być obrabiany, ma większą wartość opałową, tj., kiedy na przykład, używany jest suchy osad kanalizacyjny, część paliwa może być usunięta z procesu i użyta jako paliwo w jakimś innym procesie, jeżeli dostępne są odpowiednie urządzenia do spalania.

Jako suszarkę 3 w urządzeniu można użyć, oprócz przytoczonych powyżej w przykładach wykonania, dowolna ciśnieniową suszarkę parową, np. suszarkę fluidalną. Do spalania suchego osadu kanalizacyjnego lub podobnego materiału można używać, zamiast pieca fluidalnego 1, dowolnego innego urządzenia spalającego dostosowanego do spalania paliw tego typu. Jednakże korzystna jest możliwość adiabatycznego regulowania temperatury w spalarce w opisany powyżej sposób za pomocą krążących gazów spalinowych. Skroplona woda używana do regulowania temperatury w suszarce może być mieszana bezpośrednio z paliwem doprowadzanym do suszarki 3 zamiast w suszarce 3. Zamiast skroplonej wody można stosować dowolną wodę, na przykład nieoczyszczoną wodę z jeziora, ale prowadzi to do zwiększenia ilości brudnych skroplin. Jeżeli natomiast urządzenie do spalania znajduje się w połączeniu z oczyszczalnią ścieków, to wytwarzanie brudnej wody nie powoduje żadnych problemów.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposóbobróbki wiigoonego materiału Ηυόηθςο do obróbki za pomocąspalania, w którym suszy się obrabiany materiał w suszarce parowej, spala się suchy materiał w urządzeniu spalającym, poddaje się przegrzewaniu parę wodną tak, aby zaspokoić zapotrzebowanie na ciepło suszarki parowej za pomocą energii cieplnej wytwarzanej w wyniku spalania materiału w urządzeniu spalającym oraz doprowadza się przegrzaną parę wodną do suszarki parowej w celu wysuszenia obrabianego materiału, znamienny tym, że przenosi się całkowitą ilość ciepła uwolnionego z paliwa w urządzeniu spalającym (1) do obiegu pary wodnej w suszarce parowej (3).
2. 2. Sposób według zastrz. t, znamiennytym, że ponadto doprowadza się co najmniej pary wodnej z suszarki parowej (3) do skraplacza (4) oraz doprowadza się co najmniej część skroplonej wody do suszarki parowej (3) i steruje się w ten sposób temperaturą w suszarce parowej (3).
3. 3. Sposób według zas^z. 2, znamienny t^r^, że usuwa się ponadto co najmniej cześć pary wodnej z suszarki parowej (3) z obiegu skroplonej wody w suszarce parowej (3) w postaci skroplonej wody.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny t^r^, że usuwa się w posSaci skroplonej wody pewną ilość wody z obiegu pary wodnej, która to ilość w większości odpowiada ilości wody wpływającej z obrabianym materiałem do obiegu pary wodnej w suszarce parowej (3).
5. 5. Sposóbwedługzastrz. t, znamienny tym, że ponadto odzyskuj sśę ciepro wytwarzanepodczas spalania tylko w przegrzewaczu (2) suszarki parowej (3).
6. 6. Sposóbwedług zastrrz. 1, znamienny tym, że j ako uuządze nie spalające (11 stosu-e sir? adiabatyczny piec fluidalny oraz reguluje się temperaturę urządzenia spalającego (1) poprzez doprowadzanie schłodzonych gazów spalinowych z urządzenia spalającego do niego.

   PL 194 866 B1
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto steruje się temperaturą w suszarce parowej (3) poprzez doprowadzanie wody do suszarki parowej (3) ze źródła zewnętrznego do obiegu pary wodnej w tej suszarce.
8. 8. Sposób według zasłirz. 2 albo 7, znamienny tym. że ponadto transportuje się do suszarki parowej (3) strumień obrabianego materiału wraz z materiałem, który ma być obrabiany tak, że miesza się wodę ze strumieniem obrabianego materiału doprowadzanym do suszarki parowej (3).
9. 9. Urządzenie do obróbki wilgotnego materiału trudnego do obróbki za pomocą spalania, w skład którego wchodzą suszarka parowa do suszenia materiału, który ma być obrabiany, urządzenie spalające do spalania suchego materiału, przegrzewacz do przegrzewania pary wodnej dla zapotrzebowania ciepła w suszarce parowej za pomocą energii cieplnej wytwarzanej przez materiał spalany w urządzeniu spalającym oraz zespół do transportowania przegrzanej pary wodnej do suszarki parowej do suszenia materiału, który ma być obrobiony, znamienny tym, że zespół (13) do transportu przegrzanej pary wodnej wychodzący z suszarki parowej (3) przechodzi przez przegrzewacz (2), który jest połączony z urządzeniem spalającym (1) poprzez przewód (7) obiegu gazów spalinowych, transportujący ciepło uwolnione z paliwa w urządzeniu spalającym (1) do przegrzewacza (2), w którym to ciepło jest przenoszone do obiegu pary wodnej w suszarce parowej (3) w całości.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zawiera ponadto skraplacz (4) oraz zespół przewodu (10) transportujący co najmniej część pary wodnej z suszarki parowej (3) do skraplacza (4), a także zespół przewodu (11) doprowadzający co najmniej część skroplonej wody do suszarki parowej (3) do regulowania temperatury suszarki parowej (3).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że w jego skład wchodzi zespół przewodu (12) usuwający co najmniej część pary wodnej z suszarki parowej (3) z obiegu skroplonej wody w suszarce parowej (3) w postaci skroplonej wody.
12. 12. według z^^sr^^. 9, znamienne tym, że wszysskie powierzchnie ciepło w urządzeniu spalającym (1) oraz w jego przewodach (7, 8) obiegu gazów spalinowych są umieszczone w przegrzewaczu (2) suszarki parowej (3).
13. 13. Urządzenie według 9, znamienne tym, że spalające (11 zawiera adiabatyczny piec fluidalny zawierający układ przewodów (7, 8, 9) obiegu gazów spalinowych regulujący temperaturę urządzenia spalającego (1) poprzez doprowadzanie do niego schłodzonych gazów spalinowych.
14. 14. Urządzenie według zas1:rz. 9, znamienne tym, że w jego skład wchodzi ponadto zespół do doprowadzania wody do obiegu pary wodnej w suszarce parowej (3).
15. 15. U rządze nie według zas1:rz. 9 albo 14, znamienne tym, że zawiera ponadto zespół do mieszania wody ze strumieniem materiału, który ma być obrabiany, płynącym do suszarki parowej (3).