PL197917B1 - Sposób i urządzenie do przerobu termicznego materiałów odpadowych do wytwarzania popiołu - Google Patents

Abstract

1. Sposób przerobu termicznego materia lów od- padowych do wytwarzania popio lu, zgodnie z którym doprowadza si e materia l zasilaj acy do urz adzenia przez wlot w celu spalania oraz ostatecznie wyrzuca si e popió l przez wylot popio lu, wytwarza si e wewn atrz urz adzenia wokó l wspólnej osi wewn etrzny i zewn e- trzny wir gazu, przy czym wiry tworz a strumie n gazu zawieraj acy ilo sc tlenu wystarczaj ac a do egzoter- micznego spalania materia lu zasilaj acego, przy czym wiry doprowadza si e do p lyni ecia w przeciwnych kierunkach osiowych i w tym samym kierunku k ato- wym, znamienny tym, ze w urz adzeniu istnieje strefa mieszania taka, ze wiry b ed a spotyka c si e w strefie mieszania, przy czym materia l zasilaj acy wnika do urz adzenia w wirze wewn etrznym ze sk ladow a si ly od srodkowej powoduj aca ruch materia lu na zewn atrz z wiru wewn etrznego do wiru zewn etrznego tak, ze materia l zostaje wówczas pochwycony w strumieniu gazu i jest wielokrotnie przenoszony do wn etrza przez stref e mieszania w celu wnikni ecia z powrotem do wiru wewn etrznego tak, ze materia l jest przenoszony w strumieniu gazu dopóki materia l zasilaj acy nie zo- stanie przetworzony w przewa zaj acej czesci na popió l spe lniaj acy stosowne kryteria wymagane do przep ly- wu przez wylot popio lu. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do przerobu termicznego materiałów odpadowych do wytwarzania popiołu. Wynalazek dotyczy procesów termicznych, takich jak stosowane do usuwania węgla i substancji lotnych z materiałów krzemionkowych w celu wytwarzania głównie popiołu bezpostaciowej krzemionki o względnie niskiej zawartości węgla.

Produkty rolne są źródłem materiałów odpadowych takich jak łuski ryżowe, słoma ryżowa, plewy pszeniczne oraz słoma, które mają względnie wysoką zawartość krzemionki. Jest rzeczą dobrze znaną, że te materiały odpadowe byłyby użyteczne w przemyśle, gdyby zawarty węgiel można by było usunąć w sposób skuteczny i ekonomiczny, tak aby wytworzyć popiół zawierający głównie bezpostaciową krzemionkę oraz poniżej 3% węgla. Jasne jest, że proces termiczny, który wytwarzałby taki materiał, przedstawiałby dodatkową korzyść wynikającą z ponownego kierowania materiałów odpadowych ze składowisk do użytecznej gałęzi przemysłu.

Ogólnie biorąc, materiały te różnią się pod względem właściwości fizycznych takich jak kształt, gęstość, zawartość wody oraz wtrąceń przypadkowych domieszek i obcych substancji mineralnych oraz wykazują one względnie niskie wartości opałowe w porównaniu z ciekłymi albo gazowymi węglowodorami.

Łuski ryżowe stanowią przykład takich materiałów odpadowych i przedstawiają one typ problemów związanych z likwidacją podobnych materiałów odpadowych. Mimo iż łuski ryżowe znalazły pewne niewielkie zastosowania takie jak paliwo w procesie niskokalorycznego wytwarzania energii oraz jako powłoka chroniąca przed dostępem tlenu do powierzchni roztopionej stali, na całym świecie można znaleźć duże ilości odpadowych łusek ryżowych, przy czym ich likwidacja staje się szczególnym problemem.

Wiadomo, że istnieje zapotrzebowanie na znalezienie ekonomicznie realnego zastosowania dla tych materiałów odpadowych, które są nieuniknionymi produktami ubocznymi w procesie wytwarzania produktów, na które wciąż będzie duże zapotrzebowanie.

Wiadomo też, że popiół bezpostaciowej krzemionki byłby pożądany jako pucolana w betonie, gdyby można było wytworzyć popiół o zawartości krzemionki powyżej 97% wagowo, z niewielkimi ilościami krystalicznej krzemionki rzędu poniżej 1% całej ilości krzemionki. Pozostałe 3% stanowiłby węgiel i niektóre pierwiastki śladowe. Aby skutecznie osiągnąć ten wynik w procesie handlowym, materiał odpadowy musiałyby być spalany w wysokiej temperaturze, wystarczającej do skutecznego spalania węgla i substancji lotnych, unikając zarazem gorących miejsc, które powodowałyby niezupełne spalanie w wyniku otaczania węgla wskutek tworzenia się szklistej powłoki. Jeżeli dopuści się do przekroczenia krytycznego poziomu temperatury w którejkolwiek części procesu, krzemionka będzie zbrylać się na skutek wystąpienia jej lepkości, co będzie mieć szkodliwy wpływ na urządzenie, powierzchnia wewnętrznych porów cząstek popiołu zaś ulegnie zmniejszeniu. A ponadto, gdy temperatura będzie w dalszym ciągu miejscowo wzrastać, krzemionka w tym obszarze przekształci się w strukturę krystaliczną, niebezpieczną do wszelkich manipulacji, a wynikowy produkt nie będzie nadawać się do stosowania jako pucolana.

Przykład znanego w tej dziedzinie sposobu i urządzenia ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 959007 (Pitt). Patent ten przyznano w 1976 r. i opisuje on sposób, który wiąże się z wykorzystaniem walcowego pieca skonstruowanego w taki sposób, aby przyjmować materiał do spirali zewnętrznej, która biegnie do góry zanim napotka kształtowy wierzch, odchylający przepływ do wewnętrznej spirali, biegnącej w dół do wylotu. Spirale wewnętrzna i zewnętrzna obracają się w tym samym kierunku, lecz biegną w przeciwnych osiowych kierunkach wewnątrz pieca. W rzeczywistości te spirale stanowią jedną długą spiralę, która przy wierzchołku pieca zmienia kierunek na przeciwny.

Stosownie do powyższego istniało zapotrzebowania na opracowanie sposobu i urządzenia do termicznego przerobu materiałów odpadowych, takich jak materiały krzemionkowe do wytwarzania popiołu bezpostaciowej krzemionki o niskiej zawartości węgla i minimalnej strukturze krystalicznej tak, żeby popiół mógłby być używany jako pucolana, w szczególności w betonie.

Zgodny z wynalazkiem sposób przerobu termicznego materiałów odpadowych do wytwarzania popiołu, zgodnie z którym doprowadza się materiał zasilający do urządzenia przez wlot w celu spalania oraz ostatecznie wyrzuca się popiół przez wylot popiołu, wytwarza się wewnątrz urządzenia wokół wspólnej osi wewnętrzny i zewnętrzny wir gazu, przy czym wiry tworzą strumień gazu zawierający ilość tlenu wystarczającą do egzotermicznego spalania materiału zasilającego, przy czym wiry doprowadza

PL 197 917 B1 się do płynięcia w przeciwnych kierunkach osiowych i w tym samym kierunku kątowym, charakteryzuje się tym, że w urządzeniu istnieje strefa mieszania taka, że wiry będą spotykać się w strefie mieszania, przy czym materiał zasilający wnika do urządzenia w wirze wewnętrznym ze składową siły odśrodkowej powodującą ruch materiału na zewnątrz z wiru wewnętrznego do wiru zewnętrznego tak, że materiał zostaje wówczas pochwycony w strumieniu gazu i jest wielokrotnie przenoszony do wnętrza przez strefę mieszania w celu wniknięcia z powrotem do wiru wewnętrznego tak, że materiał jest przenoszony w strumieniu gazu dopóki materiał zasilający nie zostanie przetworzony w przeważającej części na popiół spełniający stosowne kryteria wymagane do przepływu przez wylot popiołu.

Korzystnie wartości temperatury w strumieniu gazu monitoruje się i porównuje ze znaną informacją dla dostarczenia sygnału wyjściowego, sygnał wyjściowy zaś wykorzystuje się do regulacji natężenia przepływu egzotermicznego materiału zasilającego do urządzenia tak, że materiał zasilający w strumieniu gazu podlega działaniu temperatury o dobranych wartościach.

Ponadto korzystnie wartości temperatury dobiera się odpowiednio dla uzyskania popiołu o przeważającej zawartości bezpostaciowej krzemionki.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku stosuje się wylot popiołu stanowiący także wylot zużytego gazu.

Korzystnie gaz doprowadza się do strumienia gazu odpowiednio przez pierwszy i drugi wlot gazu, przy czym gaz z pierwszego wlotu wytwarza wir wewnętrzny, a gaz z drugiego wlotu wytwarza wir zewnętrzny.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku temperaturę mierzy się w strumieniu gazu oraz stosuje się regulator przepływu działający w odpowiedzi na tę temperaturę w celu zmieniania natężenia przepływu materiału zasilającego przez wlot.

Korzystnie rozdziela się spaliny i popiół w separatorze po opuszczeniu wylotu popiołu.

Sposób korzystnie prowadzi się z wytworzeniem popiołu o zawartości krzemionki nie mniejszej niż 97% wagowo.

Zgodne z wynalazkiem urządzenie do przerobu termicznego materiałów odpadowych do wytwarzania popiołu, zawierające wlot do przyjmowania materiału do spalania, wylot popiołu do wyrzucania popiołu wytworzonego poprzez spalenie tego materiału, układ zasilania gazem, wylot zużytego gazu, pierwszy generator wiru i drugi generator wiru do wytwarzania wewnątrz urządzenia wirów gazów, odpowiednio wewnętrznego i zewnętrznego, wokół wspólnej osi, do wyznaczania strumienia gazu, który wypływa przez wylot zużytego gazu i zawiera ilość tlenu wystarczającą do egzotermicznego spalania materiału zasilającego, przy czym generatory wirów są ułożone w taki sposób, że zapewniają przepływ w przeciwnych kierunkach osiowych i w tym samym kierunku kątowym, oraz strefę mieszania usytuowaną w sąsiedztwie miejsca tworzenia się wirów, charakteryzuje się tym, że połączona z urządzaniem w obrębie strefy mieszania rura doprowadzająca z wlotem materiału zasiiającego ma wylot usytuowany w strefie tworzenia się wiru wewnętrznego ze składową siły odśrodkowej powodującą ruch materiału zasilającego na zewnątrz ze strefy tworzenia się wiru wewnętrznego do otaczającej ją strefy wiru zewnętrznego.

Korzystnie wylot zużytego gazu jest usytuowany tak, aby porywać popiół w zużytym gazie, przy czym stanowi on jednocześnie wylot popiołu.

Ponadto korzystnie rura doprowadzająca materiału zasilającego przebiega osiowo wzdłuż osi do strefy wiru wewnętrznego.

W korzystnej postaci wykonania każdy z generatorów wiru jest usytuowany we wlocie gazu i ma łopatki ustawione w pierścieniowym szeregu wokół osi do wywołania przepływu wirowego.

Korzystnie układ zasilania gazem obejmuje odpowiednio pierwszy wlot gazu i drugi wlot gazu, przy czym gaz z pierwszego wlotu wytwarza wir wewnętrzny, a gaz z drugiego wlotu wytwarza wir zewnętrzny.

Urządzenie ma korzystnie czujnik temperatury umieszczony w strumieniu gazu oraz regulator przepływu do zmieniania natężenia przepływu materiału zasilającego w zależności od temperatury.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku urządzenie przy wylocie popiołu ma separator spalin i popiołu.

Korzystnie pierwszy generator wiru wewnętrznego obejmuje zestaw kierownic wewnętrznych ustawionych w szereg wokół osi. Ponadto korzystnie drugi generator wiru zewnętrznego obejmuje zestaw kierownic zewnętrznych ustawionych w szereg wokół osi.

Przedmiot wynalazku jest ukazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia, w schematycznym przekroju wzdłużnym, urządzenie według korzystnej postaci wynalazku,

PL 197 917 B1 ukazując urządzenie w układzie pionowym do zastosowania zgodnie z korzystną postacią sposobu według wynalazku, fig. 2 przedstawia część kierownicy stosowanej w urządzeniu do wytwarzania wirowego przepływu gazu, w schematycznym widoku z boku.

Na fig. 1 pokazano urządzenie 20 stosowane do przerobu materiału zasilającego 22, który dopływa przez wlot 24 i spada w dół rury doprowadzającej 26, aby wyjść pierścieniowo rozszerzonym dolnym wylotem 28. Wylot 28 jest usytuowany w pierścieniowej strefie mieszania 30, mającej za zadanie mieszanie napływającego materiału zasilającego zarówno z przepływającym gazem, jak i z materiałem zasilającym, który, jak to będzie opisane w dalszym ciągu, został już pochwycony w strumieniu gazu.

Urządzenie 20 zawiera walcową obudowę 32 rozciągającą się pionowo wokół osi 33, stanowiącej także oś rury doprowadzającej 26. Dno 34 obudowy 32 ma kształt ściętego stożka, zbiegającego się ku dołowi do zetknięcia się z pierwszym wlotem 35 gazu. Ten wlot 35 składa się z rury wlotowej 36 kierującej napływający gaz ku górze do pierścieniowego toru 38 wokół centralnego rozdzielacza 40 tak, aby doprowadzić gaz do styczności z pierścieniową kierownicą 42 na dnie 34 obudowy 32. Pierścieniowa kierownica 42 składa się z szeregu rozmieszczonych w pewnych odstępach łopatek 44 ułożonych w sposób przedstawiony na fig. 2, powodujących wypływ gazu z kierownicy 42 drogą śrubową czyli wirem, jak wskazują strzałki 45. Ten wir jest wirem wewnętrznym i rozpoczyna przemieszczać się pionowo przez strefę mieszania 30 i wzdłuż osi 33 obudowy 32, jak wskazują strzałki 46.

Na strefę mieszania 30 oddziałuje także oznaczony strzałkami 47 wir zewnętrzny, wytwarzany przez gaz doprowadzany z drugiego wlotu 48 gazu, mającego rurę wlotową 50 prowadzącą do górnego kolektora 52 zasilającego pierścieniową kierownicę 54, podobną do kierownicy 42 na dnie obudowy 32. Pierścieniowa kierownica 54 jest ustawiona w taki sposób, aby wywoływać wir zewnętrzny mający ten sam kierunek ruchu obrotowego co wir wewnętrzny. Ten wir zewnętrzny przemieszcza się w dół, podążając wzdłuż wewnętrznej powierzchni walcowej zewnętrznej ścianki 55 obudowy 32, zanim zostanie odchylony do wewnątrz w kierunku pierścieniowej strefy mieszania przez dno 34 w kształcie ściętego stożka. W efekcie wir zewnętrzny napotyka w strefie mieszania 30 zarówno wir wewnętrzny, jak i materiał zasilający 22, zanim wir wewnętrzny, wzmocniony gazem z wiru zewnętrznego, rozpocznie ruch w górę w kierunku wylotu 59 zużytego gazu, unosząc równocześnie ze sobą materiał zasilający 22 w wirze wewnętrznym. Ten wzmocniony wir wewnętrzny zaznaczono strzałkami 56.

W celu lepszego zrozumienia procesu wygodnie jest rozpocząć od rozważenia nowej partii materiału zasilającego 22 dopływającego z dolnego wylotu 28 rury doprowadzającej 26 do strefy mieszania 30. Materiał zostaje pochwycony w strumieniu gazu we wzmocnionym wirze wewnętrznym, w którym nabiera prędkości mającej zarówno składową pionową skierowaną ku górze, jak i składową poziomą skierowaną na zewnątrz, wywołaną oddziaływaniem odśrodkowym wiru. Gdy cząstka tego nowego materiału zasilającego wznosi się w strumieniu gazu, składowa pozioma powoduje ucieczkę cząstki z wiru wewnętrznego i ruch na zewnątrz do poruszającego się w dół wiru zewnętrznego, jak zaznaczono strzałkami 57. Z chwilą, gdy materiał dotrze do wiru zewnętrznego, wraz z wirem będzie poruszał się w dół powracając do strefy mieszania, w której będzie zderzał się z nowymi cząstkami materiału zasilającego i ponownie powróci do wiru wewnętrznego.

Ponieważ proces jest egzotermiczny, w strefie mieszania 30 działają jednak inne czynniki i materiał zasilający 22 spala się w trakcie swego przemieszczania się. Spalanie to inicjuje się w dowolny dogodny sposób, jak np. poprzez użycie płomienia inicjującego wytwarzanego przez narysowaną linią przerywaną lancę 58. Z chwilą rozpoczęcia spalania trwa ono tak długo, jak długo nowy materiał zasilający 22 jest doprowadzany do wiru wewnętrznego przez wylot 28, w tempie wystarczającym do podtrzymania spalania. Oczywiście gazy doprowadzane przez pierwszy i drugi wlot gazu muszą razem dostarczać ilość tlenu wystarczającą do podtrzymania spalania. Jak to będzie dalej objaśnione, tempo doprowadzania materiału zasilającego 22 jest regulowane w celu utrzymania zadanych wartości temperatury w trakcie spalania tak, aby zapewnić, że w wyniku tego powstanie popiół o wymaganej jakości.

W wyniku spalania materiał zasilający ponownie dopływający do strefy mieszania z wiru zewnętrznego jest gorący, a nowy materiał napływający z rury doprowadzającej ma niższą temperaturę. Powoduje to dodatkowo naprężenia w materiale, dopomagające uderzeniom mechanicznym w kruszeniu materiału. Pewna ilość mieszaniny starego i nowego materiału przemieszcza się z wirem wewnętrznym powyżej strzałek 57 zanim przejdzie do wiru wewnętrznego na poziomie takim jak zaznaczono strzałkami 60. Następnie materiał powraca do strefy mieszania 30 i powtarza się to tak długo, aż materiał ucieknie z wiru wewnętrznego na poziomie poniżej wylotu 62 popiołu usytuowanego w ściance 55 w celu zbierania popiołu, który ma wymagane parametry, konieczne do osiągnięcia

PL 197 917 B1 wysokości wylotu 62 popiołu. W konsekwencji, każdy materiał, który nie uległ spalaniu, tak aby utracić wymaganą ilość węgla, ma tendencję do spadania z powrotem do wiru zewnętrznego wzdłuż dróg takich jak zaznaczono strzałkami 57 i 60, podczas gdy popiół bezpostaciowej krzemionki, który spełnił stosowne kryteria wymagane do wyjścia, przepływa wzdłuż drogi takiej jak zaznaczona strzałkami 64 (tzn. powyżej wylotów 62 popiołu) zanim znajdzie sobie ujście przez jeden z wylotów 62 popiołu.

Należy docenić, że niektóre drobne cząstki popiołu zostają pochwycone w zużytym gazie wylatującym przez wylot 59 zużytego gazu. W rzeczywistości urządzenie może pracować wykorzystując wylot zużytego gazu jako wylot popiołu, a następnie przechwytywać popiół w separatorze 66. Zebrany popiół odbiera się następnie z separatora 66 przez dolny otwór 68 w separatorze 66.

Należy zauważyć, że podczas gdy materiał zasilający dopływa do strefy mieszania 30, naprężenia w materiale powodują rozdzielanie się cząstek, co polepsza spalanie. Ponieważ spalanie jest bardziej równomierne, temperatura spalania w wirze wewnętrznym także jest bardziej równomierna. Powoduje to ograniczanie gorących miejsc, które mogłyby nagrzać krzemionkę do poziomu, na którym węgiel zostałby uwięziony w cząstce. W efekcie węgiel oraz składniki lotne ulegają spaleniu, pozostawiając jedynie krzemionkę, pod warunkiem, że temperatura w wirach wewnętrznym i zewnętrznym jest regulowana poniżej temperatury optymalnej. Jeżeli temperatura jest nieznacznie wyższa, krzemionka staje się lepka i cząstki mogą zbrylać się i mieć tendencję do pozostawania w urządzeniu. Podobnie, jeżeli temperatura jest jeszcze wyższa, tworzy się niepożądana krzemionka krystaliczna w nieakceptowalnych ilościach.

Urządzenie zawiera także układ sterowania 69 do utrzymywania temperatury, przy której tworzy się popiół bez zanieczyszczeń węglem lub krystaliczną krzemionką, umożliwiający równocześnie temperaturze osiągnięcie poziomu, przy którym czas przebywania materiału zasilającego w urządzeniu będzie minimalny.

Układ sterowania 69 zawiera jedną albo większą liczbę termopar 70 podłączonych do sterownika 72 zasilanego przewodami zasilającymi 74. Sterownik 72 porównuje znane parametry dla urządzenia z wartościami odczytanymi z termopar 70 w celu określenia, czy natężenie przepływu materiału zasilającego 22 należy zmienić, czy też nie. Jeżeli temperatura jest zbyt niska, potrzeba będzie więcej materiału do podtrzymania spalania w żądanej temperaturze, natomiast gdy jest zbyt wysoka, natężenie przepływu materiału zasilającego powinno być zmniejszone, aby zmniejszyć spalanie i tym samym uzyskać niższą temperaturę. Aby to osiągnąć, sygnały ze sterownika 72 są przesyłane przewodami 76 do regulatora 78 natężenia przepływu na wlocie materiału, tak aby zmieniać natężenie przepływu materiału zasilającego 22 z leja zasypowego 80 do rury doprowadzającej 26.

Widać jasno, że ponieważ temperaturę spalania reguluje się zmieniając natężenie przepływu materiału zasilającego 22, przez cały czas musi występować nadmiar tlenu dostarczanego w strumieniu gazu z pierwszego wlotu 35 gazu i drugiego wlotu 48 gazu.

Korzystne postacie opisane w odniesieniu do rysunku można zmieniać w ramach zakresu wynalazku. Przykładowo, ponieważ na wiry nie wpływa w większym stopniu siła ciężkości, urządzenie można ustawić w dowolnym układzie, w tym także poziomo. Również kierownice pokazane na fig. 2 można zastąpić dowolną inną odpowiednią konstrukcją, która będzie wytwarzać wiry wewnętrzny i zewnętrzny. Przykładowo, szereg pierścieniowych dysz skierowanych stycznie i osiowo dałby podobny wynik. Stosownie do powyższego, termin „kierownica” w kontekście niniejszego opisu oraz zastrzeżeń, należy rozumieć jako obejmujący takie mechaniczne odpowiedniki. Te oraz inne zmiany leżą w zakresie wynalazku jak opisano i zastrzeżono.

Stwierdzono, że układ sterowania musi regulować różnorodne parametry dla danych materiałów odpadowych i danego urządzenia. Przykładowo, w celu uzyskania wytwarzanego z łusek ryżowych popiołu o niskiej zawartości węgla i wysokiej zawartości bezpostaciowej krzemionki stwierdzono, iż temperatura procesu stosowana w spalaniu w wirze wewnętrznym (mierzona termoparą wprowadzoną w spalającą się masę łusek ryżowych) jest idealna w zakresie 830-850°C, korzystnie w zakresie 750-875°C. Im wyższa temperatura, tym szybciej kończy się proces spalania. Gdy jednak temperatura wzrasta powyżej 850°C, przyrost krzemionki w popiele powoduje zbrylanie, po którym następuje przejście w krzemionkę krystaliczną. Tym samym bardzo ścisła regulacja procesu spalania jest czynnikiem krytycznym w odniesieniu do sprawnego działania.

W trakcie spalania łuski ryżowe tracą około 80% swej masy początkowej tak, że występuje tendencja przedwczesnego porywania łusek ryżowych poza układ spalania wskutek zmniejszonej prędkości końcowej cząstki popiołu. Tendencję tę kontroluje się poprzez dobór prędkości wirów wewnętrznego i zewnętrznego tak, aby tylko te cząstki popiołu, które spełniają wyznaczone kryteria ucieczki,

PL 197 917 B1 mogły być porywane i uciec. Zapewnia to, że urządzenie zatrzymuje popiół dopóki wymagany procent węgla nie będzie usunięty, pozostawiając bezpostaciową krzemionkę mającą niską zawartość węgla.

Istnieje tu proces podgrzewania wstępnego, który ma miejsce, gdy łuski ryżowe są ogrzewane w celu wytworzenia popiołu bogatego w węgiel, który następnie poddaje się spalaniu w żądanym zakresie temperatury, utrzymując równocześnie popiół w urządzeniu mimo utraty masy.

Zastosowanie wirów wewnętrznego i zewnętrznego w opisany sposób zapewnia dobrze wymieszany strumień cząstek zasilających, które pozostają w obiegu pomiędzy wirami, dopóki nie ulegną dostatecznemu przerobowi. Połączenie wirów wewnętrznego i zewnętrznego wirujących w tym samym kierunku poziomym wytwarza turbulentny i kontrolowany układ mieszania, dający w wyniku poprawione właściwości rozdzielania cząstek. Wielkość cząstek wyrzucanych z urządzenia jest mniejsza od 40 urn, a zawartość krzemionki przewyższa 97%, przy czym pozostałość składa się głównie z węgla szczątkowego wraz z substancjami resztkowymi, które nie mają znaczenia w gotowym popiele.

Stwierdzono, że urządzenie według wynalazku jest zdolne do przerobu całych łusek ryżowych o zmiennej zawartości wody, do regulowania temperatury reakcji spalania do + 10°C oraz do zatrzymywania popiołu dopóki węgiel nie zostanie dostatecznie spalony. W ten .sposób popiół możliwy do przyjęcia z handlowego punktu widzenia można wytwarzać w ilościach spełniających wszystkie kryteria odbioru w pucolanach przeznaczonych do zastosowania w betonie.

Nagromadzenie domieszek przypadkowych nie stanowiło problemu, ponieważ przy zastosowaniu starannego doboru prędkości wlotowej wiru wewnętrznego, większe domieszki przypadkowe albo cząstki niepalne zbierały się na dnie urządzenia. W razie potrzeby można by wykonać w dnie wylot dla tych materiałów w celu okresowego ich usuwania.

Można także dodać do materiału zasilającego niewielki procent twardych cząstek obojętnych (takich jak węglik krzemu, tlenek aluminium, tlenek cyrkonowy) pozostających w urządzeniu, w celu mieszania powietrza, zmniejszając tym samym wielkość wytwarzanych cząstek.

W przypadku, gdy materiał zasilający nie nadaje się do bezpośredniego wprowadzenia do urządzenia, może okazać się konieczne siekanie albo rozdrabnianie materiału na mniejsze fragmenty przed jego wprowadzeniem. Stwierdzono jednak, że urządzenie będzie mogło przyjąć niewielki procent posiekanej słomy, ilustrując tym samym zdolność urządzenia do przerobu materiałów siekanych, włóknistych albo rozdrabnianych.

Wynika również w sposób oczywisty, że wyniki eksploatacji urządzenia i praktycznego zastosowania sposobu według wynalazku będą zależeć od tego, w jaki sposób gospodaruje się urządzeniem. Urządzenie i sposób zastosowano pomyślnie do produkcji popiołu z materiałów odpadowych (takich jak popiół z łusek ryżowych), uzyskując popiół mający mniej niż 3% wagowo węgla i mniej niż 1% krzemionki w postaci krystalicznej. W rzeczywistości zawartość węgla była mniejsza niż 1%, a zawartość krystalicznego węgla ograniczono do ilości śladowych. Wyniki uzyskano przy nie więcej niż koniecznej staranności i uwadze w odniesieniu do właściwego działania urządzenia i sposobu.

Obecnie stanie się jasne, że urządzenie i sposób według wynalazku można zmieniać w zakresie ujawnienia wynalazku, przy czym zmiany takie pozostają w zakresie wynalazku jak zastrzeżono.

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób przerobu termicznego materiałów odpadowych do wytwarzania popiołu, zgodnie z którym doprowadza się materiał zasilający do urządzenia przez wlot w celu spalania oraz ostatecznie wyrzuca się popiół przez wylot popiołu, wytwarza się wewnątrz urządzenia wokół wspólnej osi wewnętrzny i zewnętrzny wir gazu, przy czym wiry tworzą strumień gazu zawierający ilość tlenu wystarczającą do egzotermicznego spalania materiału zasilającego, przy czym wiry doprowadza się do płynięcia w przeciwnych kierunkach osiowych i w tym samym kierunku kątowym, znamienny tym, że w urządzeniu istnieje strefa mieszania taka, że wiry będą spotykać się w strefie mieszania, przy czym materiał zasilający wnika do urządzenia w wirze wewnętrznym ze składową siły odśrodkowej powodującą ruch materiału na zewnątrz z wiru wewnętrznego do wiru zewnętrznego tak, że materiał zostaje wówczas pochwycony w strumieniu gazu i jest wielokrotnie przenoszony do wnętrza przez strefę mieszania w celu wniknięcia z powrotem do wiru wewnętrznego tak, że materiał jest przenoszony w strumieniu gazu dopóki materiał zasilający nie zostanie przetworzony w przeważającej części na popiół spełniający stosowne kryteria wymagane do przepływu przez wylot popiołu.

   PL 197 917 B1
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wartości temperatury w strumieniu gazu monitoruje się i porównuje ze znaną informacją dla dostarczenia sygnału wyjściowego, sygnał wyjściowy zaś wykorzystuje się do regulacji natężenia przepływu egzotermicznego materiału zasilającego do urządzenia tak, że materiał zasilający w strumieniu gazu podlega działaniu temperatury o dobranych wartościach.
3. 3. Sposób według z^^sr^^. 2, znamienny tym, że wartoścc temperatury dobiera się odpowiednio dla uzyskania popiołu o przeważającej zawartości bezpostaciowej krzemionki.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym. ze δίΌευϋβ się wyloo popiołu stanowiący także wylot zużytego gazu.
5. 5. Sposób według 1, znamienny tym, że gaz doprowadza się do strumienia gazu odpowiednio przez pierwszy i drugi wlot gazu, przy czym gaz z pierwszego wlotu wytwarza wir wewnętrzny, a gaz z drugiego wlotu wytwarza wir zewnętrzny.
6. 6. Sposób wedługzastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, ze temperaturrt mieezysię w δ^υmieniu gazu oraz stosuje się regulator przepływu działający w odpowiedzi na tę temperaturę w celu zmieniania natężenia przepływu materiału zasilającego przez wlot.
7. 7. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym, że rozdziela się spallny i popiół w po opuszczeniu wylotu popiołu.
8. 8. Sposóbwedługzastrz. 3, znamienny tym, że prowadzi sięgo z w^wo-zeniem ρορΐοΚι o zawartości krzemionki nie mniejszej niż 97% wagowo.
9. 9. Urządzenie do ρ^θι-ΌΡυ termicznego materiałów odpadowych do wytwarzania popioou, zawierające wlot do przyjmowania materiału do spalania, wylot popiołu do wyrzucania popiołu wytworzonego poprzez spalenie tego materiału, układ zasilania gazem, wylot zużytego gazu, pierwszy generator wiru i drugi generator wiru do wytwarzania wewnątrz urządzenia wirów gazów, odpowiednio wewnętrznego i zewnętrznego, wokół wspólnej osi, do wyznaczania strumienia gazu, który wypływa przez wylot zużytego gazu i zawiera ilość tlenu wystarczającą do egzotermicznego spalania materiału zasilającego, przy czym generatory wirów są ułożone w taki sposób, że zapewniają przepływ w przeciwnych kierunkach osiowych i w tym samym kierunku kątowym, oraz strefę mieszania usytuowaną w sąsiedztwie miejsca tworzenia się wirów, znaiienne ty,, że połączona z urządzaniem w obrębie strefy mieszania (30) rura doprowadzająca (26) z wlotem (24) materiału zasilającego (22) ma wylot (28) usytuowany w strefie tworzenia się wiru wewnętrznego ze składową siły odśrodkowej powodującą ruch materiału zasilającego (22) na zewnątrz ze strefy tworzenia się wiru wewnętrznego do otaczającej ją strefy wiru zewnętrznego.
10. 10. Urządzeniewedługzastrz. 9, znamienne tym, że wyto- ¢59) zużyyegogazujesi ussyuowany tak, aby porywać popiół w zużytym gazie, przy czym stanowi on jednocześnie wylot popiołu.
11. 11. Urządzenie według 9 albo 10, znamienne tym, że rura doprowadzająca (26) materiału zasilającego (22) przebiega osiowo wzdłuż osi (33) do strefy wiru wewnętrznego.
12. 12. Urządzenie według zasii^z. 9, znamienne tym, że każdy z generatorOw wiru j est usy^owany we wlocie (35, 48) gazu i ma łopatki (44) ustawione w pierścieniowym szeregu wokół osi (33) do wywołania przepływu wirowego.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 9, znarrnienne tyin, że układ zasiiania gazem οΡθ-πι— odpowiednio pierwszy wlot (35) gazu i drugi wlot (48) gazu, przy czym gaz z pierwszego wlotu wytwarza wir wewnętrzny, a gaz z drugiego wlotu wytwarza wir zewnętrzny.
14. 14. Urządzenie wedługzastrz. 9 albo tO, albo 12, albot 3, znamiennntym, że π^οϊ^ι^ί^ί^ tr^r^peratury umieszczony w strumieniu gazu oraz regulator przepływu do zmieniania natężenia przepływu materiału zasilającego (22) w zależności od temperatury.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 11, znarrnienne tyrn, że ma czuinik temperatury umieszczony w strumieniu gazu oraz regulator przepływu do zmieniania natężenia przepływu materiału zasilającego (22) w zależności od temperatury.
16. 16. U rządze nie według zas-trz. 9, znamienne tyirn, że przy wylocie popioł-u ma separator (66) spalin i popiołu.
17. 17. Urządzenie według 13, znamienne tym, że pierwszy generator wiiu wewnętrznego obejmuje zestaw kierownic (42) wewnętrznych ustawionych w szereg wokół osi (33).
18. 18. Urządzeniewedługzastrz. t3, znamienne tym, że drugi gene-ato- wim zewnętrznego obeśmuje zestaw kierownic (54) zewnętrznych ustawionych w szereg wokół osi (33).