PL227263B1 - Obrotowe urzadzenie do suszenia i spalania odpadów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest obrotowe urządzenie do suszenia i spalania rozdrobnionych odpadów stałych, mające we wspólnym korpusie przynajmniej jedną strefę suszenia odpadów oraz strefę spalania odpadów, połączoną ze strefą suszenia.

Spalanie odpadów stałych jest technologią coraz częściej stosowaną, ponieważ wykazuje liczne zalety w porównaniu z innymi technologiami utylizacji odpadów, takimi jak składowanie na hałdach, czy prasowanie odpadów. Jednakże, obróbka termiczna odpadów posiada pewne niedogodności, a zwłaszcza wymaga dużej ilości energii ponieważ odpady stałe powinny być dostarczane do komory spalania w stanie suchym i przetrzymane w wysokiej temperaturze, mogącej przekroczyć nawet 1000°C, aż do spopielenia.

Z opisu patentowego PL 176676 znany jest piec, przeznaczony do termicznej obróbki odpadów, który zawiera zasadniczo cylindryczną wnękę dla przetwarzanych odpadów, obracającą się wokół swej osi wzdłużnej, komorę spalania umieszczoną wokół wspomnianej wnęki, oraz zespoły przeznaczone do wprowadzania paliwa i utleniacza do wspomnianej komory. 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 opisie patentowym GB 1372965 ujawniono urządzenie do spalania odpadów, które zawiera obrotowy cylindryczny piec podparty na rolkach. Piec ma żebra śrubowe na wewnętrznej ścianie do wspomagania przesuwu odpadów z wlotu do kanału usuwania popiołu. Urządzenie ma cylindryczną komorę grzewczą otaczającą piec, tak, że palniki zarówno grzeją piec zewnętrznie, jak i kończą spalanie gazów odlotowych, przechodzących do komory przez otwory w ścianie pieca. Spaliny przechodzą przez komorę grzewczą w kierunku przeciwnym do ruchu odpadów w piecu, do kanału wydechowego, zakończonego dyszą umieszczoną w kominie. Powietrze do spalania może dostać się do komory przez przewód doprowadzający świeże powietrze. Ścianka komory grzewczej jest otoczona przez płaszcz wewnętrzny i zewnętrzny. Powietrze chłodzące jest zasysane wentylatorem do pierścieniowej przestrzeni pomiędzy płaszcze. Powietrze przepływa do pierścieniowej przestrzeni pomiędzy płaszcze, zanim w końcu dojdzie do wylotu gazów spalinowych do komina. Powietrze to przepływając wzdłuż komina spalinowego wywołuje za dyszą wypływ gazu z kanału wydechowego na zewnątrz, aby utrzymać przepływ powietrza przez komorę spalania i przez przewód doprowadzający świeże powietrze. Gazy opuszczające komin można stosować do wstępnego podgrzania wejściowych odpadów w celu zmniejszenia zużycia energii przez urządzenie.

Urządzenie do spalania granulowanego materiału, np. pelet, odłamków drewnianych, jak i podobnych, znane z opisu US 6164220, zawiera obrotowy palnik na paliwo stałe, wlot powietrza do palnika, co najmniej jeden przewód na dostawę paliwa i wylot dla spalin do tej części urządzenia, w której znajduje się powierzchnia wymiany ciepła chłodzona np. wodą. Obrotowy palnik na paliwo stałe jest usytuowany na tylnej ścianie cylindrycznego zbiornika, przy czym wspomniany wylot gazów spalinowych i część płaszcza zbiornika jest pomiędzy tylną ścianą i wylotem urządzenia. Rura zasilania paliwem, która stanowi część przewodu zasilającego paliwa, przechodzi przez tylną ścianę zbiornika do palnika i jest usytuowana wewnątrz rury dopływu powietrza, która otacza centralnie przewód doprowadzający paliwo w pewnej odległości od tego przewodu, tak że przestrzeń utworzona pomiędzy centralnym przewodem dopływu paliwa i rurą dopływu powietrza jest w kształcie pierścienia. Kanały doprowadzenia powietrza do palnika łączą się ze wspomnianą przestrzenią w kształcie pierścienia i biegną w kierunku promieniowym ku części płaszcza urządzenia i dalej w kierunku ujścia dla gazów spalinowych.

Opis patentowy JP 2001227718 dotyczy urządzenia do usuwania śmieci, w którym śmieci z różnych mieszanych źródeł są suszone i mielone; mielone śmieci są palone i gaszone, a ciepło wytwarzane ze spalania jest wykorzystywane do zmniejszenia ilości paliwa do palnika. Zgodnie z tym rozwiązaniem, cylindryczna komora spalania jest umieszczona poprzecznie (poziomo) i jest wyposażona w rury w prawej i lewej ścianie bocznej. Jedna rura jest podłączona do palnika jako rury wdmuchiwania płomienia spalania, a druga rura jest podłączona do powietrza na wylocie dmuchawy w rurze wydechowej. Szlifowane ostrza są zamontowane na wewnętrznym obwodzie obrotowego bębna, otaczającego koncentrycznie komorę spalania, w celu utworzenia komory mielenia i suszenia odpadów. Bęben jest obrotowo podparty w taki sposób, aby zamknąć komorę spalania i rury nawiewu do

PL 227 263 B1 nadmuchiwania powietrza do bębna. Masa zmielonych suchych śmieci produkowana w bębnie jest wsypywana do komory spalania przez otwory dozujące.

Zagadnieniem technicznym postawionym do rozwiązania jest przyspieszenie suszenia rozdrobnionych odpadów przemieszczanych przez strefę suszenia, zanim osiągną one strefę spalania, a ponadto zapewnienie efektywniejszego niż w znanych urządzeniach transportu odpadów przez wszystkie strefy urządzenia oraz przebiegu procesu spalania.

Osiągnięto powyższe cele dzięki zastosowaniu transportu pneumatycznego odpadów, wspomagającego przemieszczanie masy odpadów poprzez poszczególne strefy urządzenia przez znane nieruchome elementy transportowe (żebra) usytuowane wewnątrz korpusu urządzenia, a przy tym zapobiegającego zlepianiu się odpadów w strefie suszenia oraz powodującego rozwinięcie powierzchni suszenia oraz powierzchni spalania, przez co procesy suszenia i spalania są podobne do efektywnego procesu fluidalnego.

Zgodnie z wynalazkiem, obrotowe urządzenie do suszenia i spalania stałych odpadów, które ma we wspólnym korpusie przynajmniej jedną strefę suszenia odpadów i centralnie usytuowaną względem osi obrotu strefę spalania odpadów, połączoną ze strefą suszenia i wyposażoną w przynajmniej jeden palnik gazowy, przy czym strefa suszenia otacza koncentrycznie strefę spalania odpadów, mające ponadto kanał doprowadzania powietrza do komory suszenia odpadów, w postaci rury, elementy do przenoszenia odpadów przytwierdzone wewnątrz do ścian, otwór do doprowadzania odpadów oraz wylot odprowadzania produktów spalania, charakteryzuje się tym, że ma cylindryczny korpus, z otworem doprowadzania odpadów i wylotem odprowadzania produktów spalania na przeciwległych końcach w osi obrotu, przy czym do otworu doprowadzania odpadów jest przyłączony ślimakowy podajnik, doprowadzający odpady do pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia, natomiast w wylocie odprowadzającym produkty spalania jest usytuowany zespół palników gazowych, otaczających kanał doprowadzania powietrza, który ma postać rury, przechodzącej centralnie przez cylindryczną strefę spalania, od jej wylotu ku wlotowi, i który w obszarze pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia jest zakończony lejem, rozprowadzającym powietrze przeciwprądowo względem odpadów doprowadzanych podajnikiem, ponadto zaś ślimak podajnika ma usytuowaną w osi rurę, korzystnie perforowaną, stanowiącą dodatkowy kanał doprowadzania powietrza do pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia, podczas gdy przynajmniej pierwsza, zewnętrzna komora suszenia połączona jest z separatorem pary wodnej.

Korzystnie, wnętrze urządzenia jest zabudowane elementami przenoszącymi odpady, tzn. przenoszącymi odpady do kolejnych stref temperaturowych oraz elementami unoszącymi i obracającymi odpady spełniającymi rolę mieszalników.

Ponadto korzystnie jest, gdy wylot strefy spalania jest połączony z separatorem popiołu i spalin.

Wynalazek w pełni rozwiązuje postawione zagadnienie techniczne. Skojarzenie ruchu obrotowego urządzenia, pozwalającego na wymieszanie odpadów podczas ich przemieszczania przez poszczególne strefy urządzenia za pomocą znanych elementów transportowych usytuowanych wewnątrz korpusu urządzenia, z transportem pneumatycznym wspomagającym mieszanie odpadów i ich ruch przez poszczególne strefy, powoduje szczególnie dobre wymieszanie i rozpulchnienie odpadów, co zapobiega ich zlepianiu się w strefach suszenia, a także umożliwia rozwinięcie powierzchni suszenia oraz powierzchni spalania, przez co proces suszenia i spalania jest podobny do efektywnego spalania fluidalnego.

Poniżej podsumowano pozostałe zalety przedstawionego rozwiązania:

- prowadzenie w jednym urządzeniu dwóch procesów, tj. suszenia i spalania odpadów w odpowiednich strefach, co przyczynia się do efektywnego wykorzystania ciepła powstającego przy ich spalaniu;

- możliwość dodatkowego odprowadzenia, już po wstępnym okresie suszenia, nadmiernych ilości gazów zawierających duży procent pary wodnej, która nie powinna dostawać się do strefy spalania;

- możliwość dodatkowego odzysku ciepła z urządzenia poprzez wymienniki ciepła zamontowane na odlocie gazów spalinowych;

- możliwość działania urządzenia pod ciśnieniem atmosferycznym lub wyższym, które skraca czas spalania i ułatwia osiąganie wyższych temperatur.

Przedmiot wynalazku w jednym z praktycznych przykładów przemysłowej realizacji pokazano na załączonym rysunku, który przedstawia urządzenie w schematycznym przekroju osiowym.

PL 227 263 B1

Na rysunku zaznaczono:

• strzałką z grotem pokratkowanym - miejsce podawania odpadów, • strzałką z grotem zaczernionym - kierunek ruchu odpadów wewnątrz urządzenia i wylot popiołu, • strzałką z grotem zakreskowanym kreskami równoległymi do kierunku strzałki - doprowadzenie gazu palnego do palników, • strzałką z pustym grotem - doprowadzenie powietrza do urządzenia i do palników, • strzałką z grotem zakreskowanym kreskami prostopadłymi do kierunku strzałki - odprowadzenie gazów zawierających znaczny procent pary wodnej z procesu suszenia odpadów, • strzałką z grotem zakropkowanym - odprowadzenie odpylonych spalin z urządzenia.

W prezentowanym przykładzie realizacji wynalazku obrotowe urządzenie do suszenia i spalania stałych odpadów ma korpus 1 o kształcie cylindrycznym.

Urządzenie jest wprawiane w ruch wokół własnej osi za pomocą silnika 2 i przekładni 3. Obraca się ono na rolkach 4 i łożyskach 5.

Urządzenie jest podzielone za pomocą wewnętrznych cylindrycznych przegród na pięć stref temperaturowych I, II, III, IV i V - cztery suszenia i jedną spalania, w których następuje kolejno suszenie i na koniec spalanie odpadów.

Najwyższa temperatura panuje w strefie spalania V, znajdującej się najbliżej osi urządzenia, a najniższa w pierwszej, zewnętrznej, strefie suszenia I, usytuowanej przy ścianie korpusu 1 urządzenia. Kierunek przepływu mieszaniny powietrza z odpadami w każdej strefie jest przeciwny do kierunku przepływu w strefie sąsiedniej.

Czynnikiem inicjującym spalanie jest gaz, podawany wraz z powietrzem do palników 6 zainstalowanych u wylotu 7 strefy spalania V.

Wnętrze urządzenia jest zabudowane stałymi elementami przenoszącymi 8, wspomagającymi transport odpadów, tzn. przenoszącymi odpady do kolejnych stref temperaturowych. Zrozumiałym jest przy tym dla fachowców, że wspomniane wyżej elementy mogą mieć przykładowo postać nieruchomych ukośnych żeber lub wycinków linii śrubowej, rozmieszczonych na obwodzie przegród wewnątrz urządzenia.

Zasilanie urządzenia odpadami i powietrzem jest w prezentowanym przykładzie realizowane na przeciwnych końcach korpusu 1, w osi urządzenia i jest współprądowe po zmieszaniu odpadów i powietrza wewnątrz urządzenia.

Powietrze jest podawane przez obracającą się wokół swej osi rurę 9 będącą centralną częścią urządzenia, która na końcu przechodzi w lej 10 rozprowadzający je do pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia I, usytuowanej przy ścianie korpusu 1, gdzie panuje najniższa temperatura. Powietrze w rurze 9 ulega podgrzaniu od strefy spalania V. Rozprowadzane powietrze porywa odpady (strzałka zakratkowana), doprowadzane przeciwprądowo za pomocą ślimakowego podajnika 11 usytuowanego w osi urządzenia i przesuwa je we wspomnianej pierwszej strefie I w kierunku przeciwnym do swego kierunku wlotu do urządzenia.

Ślimak podajnika 11 ma usytuowaną w osi drugą rurę 12, korzystnie perforowaną, stanowiącą dodatkowy kanał doprowadzania powietrza do pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia I.

Daje to możliwość mieszania już w ślimakowym podajniku 11 części odpadów z powietrzem i podawania ich w postaci rozpulchnionej do pierwszej, zewnętrznej strefy urządzenia I. Podczas ruchu w zewnętrznej, pierwszej strefie I następuje pierwszy etap suszenia odpadów.

Na końcu pierwszej strefy I znajdują się elementy przenoszące 8 odpady do kolejnej, wewnętrznej już drugiej strefy suszenia II o wyższej temperaturze, w której odpady wraz z powietrzem płyną w przeciwnym kierunku w stosunku do zewnętrznej strefy I.

W drugiej strefie II mogą znajdować się dodatkowo urządzenia mieszające odpady. Następuje tu dalsze suszenie odpadów. Stref suszenia jest w przykładowym urządzeniu jeszcze dwie III i IV, co pozwala utylizować śmieci o dużym stopniu zawilgocenia.

Po przejściu odpadów z powietrzem do ostatniej, centralnej strefy urządzenia, tj. strefy spalania V przez system elementów przenoszących 8 odpady, następuje spalenie odpadów. Zapłon w strefie spalania V jest inicjowany przez zespół gazowych palników 6, które ulegają wyłączeniu po osiągnięciu temperatury wymaganej w tej strefie V. W przypadku obniżenia temperatury mogą one zostać ponownie włączone. W tym celu urządzenie jest wyposażone w odpowiednie urządzenia kontrolnopomiarowe i automatykę (nie pokazane na rysunku).

PL 227 263 B1

Po przejściu przez strefę spalania V spaliny i popiół przechodzą do separatora 13, z którego popiół jest usuwany dołem (strzałka z grotem zaczernionym), natomiast spaliny, dodatkowo po przejściu przez urządzenie odpylające 14 znajdujące się w górnej części separatora, są usuwane górą (strzałka z grotem zakropkowanym).

W prezentowanym przykładowo urządzeniu przewidziano możliwość dodatkowego odprowadzenia, już po wstępnym etapie suszenia odpadów w pierwszej strefie suszenia I, gazów zawierających zbyt duży procent pary wodnej, która nie powinna dostawać się do strefy spalania V.

W tym celu wylot pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia I, a korzystnie również i trzeciej, wewnętrznej strefy suszenia III, jest połączony z separatorem 15 pary wodnej.

Dzięki temu część zawilgoconego powietrza ma możliwość przejścia do separatora 15 pary wodnej. Para i powietrze odchodzą górą do kanału odlotowego 16, a z dołu separatora 15 odbierane są przez pomocniczy podajnik ślimakowy 17 cząstki porwanego ciała stałego (odpadu), które mogą potem być zawrócone do spalenia.

Odzysk ciepła z urządzenia jest możliwy poprzez wymienniki ciepła zamontowane za urządzeniem odpylającym 14 na odlocie gazów spalinowych, jednak zrozumiałym jest, iż techniczne rozwiązanie tego zagadnienia wykracza poza przedmiotowy zakres prezentowanego wynalazku.

Claims (3)

1. Obrotowe urządzenie do suszenia i spalania stałych odpadów, które ma we wspólnym korpusie przynajmniej jedną strefę suszenia odpadów i centralnie usytuowaną względem osi obrotu strefę spalania odpadów, połączoną ze strefą suszenia i wyposażoną w przynajmniej jeden palnik gazowy, przy czym strefa suszenia otacza koncentrycznie strefę spalania odpadów, mające ponadto kanał doprowadzania powietrza do komory suszenia odpadów, w postaci rury, elementy do przenoszenia odpadów przytwierdzone wewnątrz do ścian, otwór do doprowadzania odpadów oraz wylot odprowadzania produktów spalania, znamienne tym, że ma cylindryczny korpus (1), z otworem doprowadzania odpadów i wylotem (7) odprowadzania produktów spalania na przeciwległych końcach w osi obrotu, przy czym do otworu doprowadzania odpadów jest przyłączony ślimakowy podajnik (11), doprowadzający odpady do pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia (I), natomiast w wylocie (7) odprowadzającym produkty spalania jest usytuowany zespół gazowych palników (6), otaczających kanał doprowadzania powietrza, który ma postać rury (9), przechodzącej centralnie przez cylindryczną strefę spalania (V), od jej wylotu ku wlotowi, i który w obszarze pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia (I) jest zakończony lejem (10), rozprowadzającym powietrze przeciwprądowo względem odpadów doprowadzanych podajnikiem (11), ponadto zaś ślimak podajnika (11) ma usytuowaną w osi drugą rurę (12), korzystnie perforowaną, stanowiącą dodatkowy kanał doprowadzania powietrza do pierwszej, zewnętrznej strefy suszenia (I), podczas gdy przynajmniej pierwsza, zewnętrzna strefa suszenia (I) połączona jest z separatorem (15) pary wodnej.

2. Obrotowe urządzenie do suszenia i spalania stałych odpadów według zastrz. 1, znamienne tym, że wnętrze urządzenia jest zabudowane elementami przenoszącymi (8) odpady, które przenoszą odpady do kolejnych stref temperaturowych (I), (II), (III), (IV), (V) oraz elementami unoszącymi i obracającymi odpady, stanowiącymi mieszalniki.

3. Obrotowe urządzenie do suszenia i spalania stałych odpadów według zastrz. 1, znamienne tym, że wylot (7) strefy spalania (V) jest połączony z separatorem (13) popiołu i spalin.